рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Теорема Кронекера-Капелли.

Теорема Кронекера-Капелли. - раздел Математика, ЭЛЕМЕНТЫ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ Для Совместности Системы Линейных Уравнений Необходимо И Достаточно, Чтобы Ра...

Для совместности системы линейных уравнений необходимо и достаточно, чтобы ранг ее основной матрицы () был равен рангу расширенной матрицы ().

Пусть ==. Тогда верны следующие утверждения.

Следствие 1.Если ранг матрицы равен числу неизвестных , то система имеет единственное решение.

Следствие 2. Если ранг матрицы меньше числа неизвестных, то система имеет бесконечное множество решений. При этом неизвестных, которые называются свободными, принимают произвольные значения. Говорят, что система имеет степеней свободы.

Метод Гаусса (исключение неизвестных) состоит в том, что с помощью умножения уравнений на ненулевые числа и сложения в первом уравнении оставляем все неизвестные, во втором на одно меньше, в третьем на два меньше и т.д. Эту операцию (назовем ее процедурой Гаусса) удобно проводить, используя матрицы.

Составим расширенную матрицу системы и отделим для удобства свободные члены вертикальной линией. С помощью элементарных преобразований приводим матрицу к треугольному виду. Элементарные преобразования матрицы проводим только для строк.

Умножая первую строку на соответствующие коэффициенты и прибавляя к лежащим ниже строкам, получим нули в первом столбце. Затем проделываем такую же процедуру со второй строкой, третьей и т.д., до предпоследней строки. В результате преобразований получаем матрицу, по которой можно записать систему, равносильную исходной.

Рассмотрим три ситуации, возникающие при исследовании линейных систем.

1).Система несовместна.

►Пример 10.

Решить систему уравнений методом Гаусса:

 

Решение.

Составим расширенную матрицу и преобразуем ее:

 

.

Как и в примере 2 над стрелочкой указаны выполняемые операции.

Для удобства вычислений переставим четвертую строку на место второй и за счет второй строки получим нули во втором столбце во всех строках ниже второй, а затем за счет третьей строки - в третьем столбце:

В четвертой строке легко было получить нули, умножив третью строку на минус единицу и прибавив ее к четвертой. Мы не упрощали вычислений, чтобы сохранить алгоритм получения нулей в нижележащих строках за один шаг.

По преобразованной матрице определяем ранги: ,, следовательно, данная система уравнений несовместна.

.

Ответ: система не имеет решений. ◄

 

2).Система совместна и имеет единственное решение. В результате преобразований приходим к ступенчатой системе, решение которой легко находится.

►Пример 11.Решить систему уравнений методом Гаусса

Решение.

Составим расширенную матрицу и преобразуем ее:

Ранг основной матрицы равен рангу расширенной матрицы и равен числу неизвестных. Следовательно, система совместна и имеет единственное решение. По преобразованной матрице составляем систему, равносильную исходной

Полученная система имеет ступенчатый вид и легко решается.

Ответ: .◄

 

3).Система совместна, но имеет бесконечное множество решений. Это множество решений находим, перенося члены со свободными неизвестными в правую часть уравнений.

Рассмотрим запись решения таких систем в матричной форме.

Пусть дана система

и известно, что . Тогда система имеет степеней свободы, т.е. неизвестных принимают произвольные значения, а неизвестных выражаются через них. Минор, не равный нулю, напоминаем, называется базисным. Не уменьшая общности, будем считать, что базисный минор системы занимает в ней верхний левый угол. Обозначим этот минор :

.

Минор является базисным и для матрицы , поэтому строки с номерами являются линейными комбинациями первых строк и система эквивалентна системе из уравнений (свободные неизвестные перенесены в правую часть)

Решая эту систему по методу Крамера, имеем

,

где

− определитель, полученный из базисного заменой го столбца на столбец правой части системы. Пользуясь свойствами определителей, имеем

. (11)

Символ: ,- означает, что −ый столбец базисного минора заменен на столбец коэффициентов при неизвестном . Введем обозначения:

.

Тогда .

Добавим сюда очевидных равенств .

Тогда множество решений системы можно записать в виде:

(12)

Для вычисления полагаем свободные неизвестные равными нулю. Для вычисления полагаем свободные члены равными нулю, , а остальные свободные неизвестные равными нулю.

. Выбор свободных неизвестных, вообще говоря, можно делать по-разному. Однако не всякие неизвестных можно принять за свободные. Необходимо, чтобы коэффициенты при остальных неизвестных составили базисный минор.

►Пример 12.Решить систему уравнений

Решение.

Преобразуем расширенную матрицу системы

.

Ранг основной матрицы равен рангу расширенной матрицы , число неизвестных равно пяти. Следовательно, система совместна, но имеет бесконечное множество решений. Число степеней свободы равно двум. Выберем свободными неизвестными и выразим через них:

отсюда получаем

Ответ запишем в виде вектора-столбца.

Ответ:. ◄

Получим также решение заданной системы, используя формулу (12). Положим .

Получаем вектор .

Положим .

 

Получаем вектор .

Положим .

Получаем вектор .

Окончательное решение:

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ЭЛЕМЕНТЫ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ

ЭЛЕМЕНТЫ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ... Введение Настоящее пособие предназначено для знакомства с основами линейной алгебры и содержит разделы посвященные теории матриц и теории систем линейных...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Теорема Кронекера-Капелли.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Матрицы и действия с матрицами
  Матрицей размера называется прямоугольная таблица чисел, содержащая

Упражнения.
1. Даны матрицы: Выполнить действия: а)

Определители
  Определителем (детерминантом) n-го порядка называется числовая характеристика квадратной матрицы A размера

Свойства определителей.
Так как определитель не меняется при транспонировании матрицы, свойства, приведенные ниже для строк, справедливы и для столбцов. 1. Определитель, имеющий нулевую строку равен нулю.

Упражнения.
  1. Вычислить определители: а) ; б)

Обратная матрица. Решение матричных уравнений
  Матрица называется обратной к квадратной матрице

Упражнения.
1. Для заданных матриц найти обратную матрицу: а) ; б)

Ранг матрицы
  Рангом матрицы (обозначение:

Теорема Крамера.
Пусть дана система, в которой число уравнений совпадает с числом неизвестных (10) Е

Упражнения.
Решить системы по формулам Крамера: 1) 2)

Решение систем с помощью обратной матрицы
  Система из уравнений с

Упражнения.
Найти решение систем с помощью обратной матрицы:   а) б)

Упражнения.
Исследовать и решить системы уравнений: 1. Ответ:

Однородные системы
  Система однородных уравнений всегда совместна. Если ранг матрицы коэффициентов равен числу неизвестных, то система имеет единственное нулевое (тривиальное) решение.

Упражнения.
Решить системы: 1) 2)

Собственные значения и собственные векторы матрицы
  Комплексное число называется собственным числом квадратной матрицы

Упражнения.
Найти собственные числа, и для действительных собственных чисел найти собственные векторы матриц: 1)

Действия с матрицами на компьютере в EXCEL
  Рассмотрим применение табличного процессора EXCEL для работы с матрицами.   Процессор EXCEL работает с числовыми матрицами и может осуществлять следующие опер

Сложение матриц.
Рис.3   В ячейки

Умножение матрицы на число.
Рис.4 В ячейки

Вычисление определителя, транспонирование, нахождение обратной матрицы.
Перечисленные операции проводятся с помощью соответствующих встроенных функций. При выполнении операций транспонирования, умножения матриц, нахождения обратной матрицы необходимо предварите

Вычисление ранга матрицы.
Будем последовательно получать нули в первом, втором и т.д. столбцах ниже диагональных элементов.

Решение систем линейных уравнений в EXCEL
  Сначала рассмотрим решение системы линейных уравнений методом Крамера. Для этого используем уже решенный пример 11.  

Ввод матрицы.
In[4]:= m1 = {{2, -5, 4}, {3, -1, 8}, {2, 6, 1}, {-1, 3, 4}} Out[4]= {{2, -5, 4}, {3, -1, 8}, {2, 6, 1}, {-1, 3, 4}} Имя матрицы m1. Сама матрица вводится построчно с использование фиг

Определение ранга матрицы.
In[18]:= MatrixRank[m1] Out[18]= 3 Решение систем линейных уравнений. In[17]:= Solve[{2 x + y - z + 2 t == 12, -x + 2 y + 4 z + 3 t == 4, 2 x + y + 4 z -

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги