Вопрос 17.

Рассмотрим матричное уравнение вида

(4.5)

где   и   — данные матрицы, имеющие одинаковое количество строк, причем матрица   квадратная. Требуется найти матрицу  , удовлетворяющую уравнению (4.5).

Теорема 4.2 о существовании и единственности решения матричного уравнения (4.5). Если определитель матрицы  отличен от нуля, то матричное уравнение (4.5) имеет единственное решение  .

В самом деле, подставляя   в левую часть равенства (4.5), получаем  , т.е. правую часть этого равенства.

Заметим, что решением матричного уравнения   служит обратная матрица  .

Рассмотрим также матричное уравнение вида

(4.6)

где   и   — данные матрицы, имеющие одинаковое количество столбцов, причем матрица   квадратная. Требуется найти матрицу  , удовлетворяющую уравнению (4.6).

Теорема 4.3 о существовании и единственности решения матричного уравнения (4.6). Если определитель матрицы  отличен от нуля, то уравнение (4.6) имеет единственное решение  .

Заметим, что матрица   является как бы "левым" частным от "деления" матрицы   на матрицу  , поскольку матрица   в (4.5) умножается на   слева, а матрица   — "правым" частным, так как матрица   в (4.6) умножается на   справа.

Вопрос 18.

Системы линейных уравнений

     Общий вид системы 

, i = 1, 2, ..., m; j = 1, 2, ..., n, - коэффициенты системы;   - свободные члены;   - переменные; 

     Если все   = 0, система называется однородной.

     Матричная запись системы линейных уравнений  AX = B,

где

     Матрицу A называют матрицей (или основной матрицей) системы. Матрицу

называют расширенной матрицей системы, а матрицу   для которой AС = В, - вектор-решением системы.

Вопрос 19.

Теорема. (Правило Крамера):

Теорема. Система из n уравнений с n неизвестными

в случае, если определитель матрицы системы не равен нулю, имеет единственное решение и это решение находится по формулам:

xi = i/, где

 = det A, а i – определитель матрицы, получаемой из матрицы системы заменой столбца i столбцом свободных членов bi.

i =

Вопрос 20.

(см. лекцию)

Вопрос 21.

Системой m линейных уравнений с n неизвестными называется система вида

где aij и bi (i=1,…,m; b=1,…,n) – некоторые известные числа, а x1,…,xn – неизвестные. В обозначении коэффициентов aij первый индекс iобозначает номер уравнения, а второй j– номер неизвестного, при котором стоит этот коэффициент.

Коэффициенты при неизвестных будем записывать в виде матрицы  , которую назовём матрицей системы.

Числа, стоящие в правых частях уравнений, b1,…,bm называются свободными членами.

Совокупность n чисел c1,…,cn называется решением данной системы, если каждое уравнение системы обращается в равенство после подстановки в него чисел c1,…,cn вместо соответствующих неизвестных x1,…,xn.

Наша задача будет заключаться в нахождении решений системы. При этом могут возникнуть три ситуации:

Система может иметь единственное решение.

Система может иметь бесконечное множество решений. Например,  . Решением этой системы является любая пара чисел, отличающихся знаком.

И третий случай, когда система вообще не имеет решения. Например,  , если бы решение существовало, то x1 + x2 равнялось бы одновременно нулю и единице.

Система линейных уравнений, имеющая хотя бы одно решение, называется совместной. В противном случае, т.е. если система не имеет решений, то она называетсянесовместной.

Рассмотрим способы нахождения решений системы.

МЕТОД ГАУССА

Ранее рассмотренные методы можно применять при решении только тех систем, в которых число уравнений совпадает с числом неизвестных, причём определитель системы должен быть отличен от нуля. Метод Гаусса является более универсальным и пригоден для систем с любым числом уравнений. Он заключается в последовательном исключении неизвестных из уравнений системы.

Вновь рассмотрим систему из трёх уравнений с тремя неизвестными:

.

Первое уравнение оставим без изменения, а из 2-го и 3-го исключим слагаемые, содержащие x1. Для этого второе уравнение разделим на а21 и умножим на –а11, а затем сложим с 1-ым уравнением. Аналогично третье уравнение разделим на а31 и умножим на –а11, а затем сложим с первым. В результате исходная система примет вид:

Теперь из последнего уравнения исключим слагаемое, содержащее x2. Для этого третье уравнение разделим на  , умножим на  и сложим со вторым. Тогда будем иметь систему уравнений:

Отсюда из последнего уравнения легко найти x3, затем из 2-го уравнения x2 и, наконец, из 1-го – x1.

При использовании метода Гаусса уравнения при необходимости можно менять местами.

Часто вместо того, чтобы писать новую систему уравнений, ограничиваются тем, что выписывают расширенную матрицу системы:

и затем приводят её к треугольному или диагональному виду с помощью элементарных преобразований.

К элементарным преобразованиям матрицы относятся следующие преобразования:

перестановка строк или столбцов;

умножение строки на число, отличное от нуля;

прибавление к одной строке другие строки.