
- •Введение
- •Раздел 1. ЛИНЕЙНАЯ И ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА
- •1.1. ЛИНЕЙНАЯ АЛГЕБРА
- •§1. Матрицы и действия с ними
- •§2. Определители
- •§3. Обратная матрица
- •§4. Крамеровские системы линейных уравнений. Метод Крамера
- •§5. Крамеровские системы линейных уравнений. Матричный метод решения систем линейных уравнений
- •§6. Ранг матрицы
- •§7. Системы линейных уравнений: общий случай
- •§8. Метод Гаусса
- •§9. Однородные системы
- •1.2. ВЕКТОРНАЯ АЛГЕБРА
- •§12. Базис и координаты
- •§13. Орт и направляющие косинусы
- •§15. Векторное произведение векторов
- •§16. Смешанное произведение векторов
- •§17. Основные понятия
- •§18. Полярная система координат
- •§19. Прямая на плоскости
- •§20. Кривые второго порядка. Эллипс
- •§21. Гипербола
- •§22. Парабола
- •§23. Плоскость
- •§24. Прямая в пространстве
- •§25. Поверхности второго порядка
- •Раздел 3. ВВЕДЕНИЕ В МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
- •3.2. ТЕОРИЯ ПРЕДЕЛОВ
- •§ 29. Предел функции
- •§ 30. Основные свойства пределов функции
- •§ 31. Замечательные пределы
- •3.3. НЕПРЕРЫВНОСТЬ ФУНКЦИИ
- •§ 32. Непрерывность функции в точке
- •§ 33. Точки разрыва графика функции и их классификация
- •§ 34. Определение производной функции
- •§ 35. Производные некоторых элементарных функций
- •§ 36. Основные правила дифференцирования
- •§ 39. Дифференциал функции
- •§ 40. Производные и дифференциалы высших порядков
- •§ 41. Правило Лопиталя
- •§ 43. Нахождение наибольшего и наименьшего значений функции на отрезке
- •§ 44. Схема исследования функции и построения графика
- •§ 45. Формула Тейлора
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Библиографический список
§4. Крамеровские системы линейных уравнений. Метод Крамера
Рассмотрим систему m линейных уравнений с n неизвестными:
С |
|
|
a11x1 a12x2 |
a1nxn b1; |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
a |
x a |
22 |
x |
2 |
a |
2n |
x |
n |
b ; |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
21 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
(1) |
||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
a |
|
x a |
|
|
|
x a |
|
|
|
|
x b . |
|
|||||||||||||||||
и |
m2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|||||||||||||||
|
|
|
m1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
mn n |
|
|
||||||||||||||||
Коэфф ц енты эт х уравнений, записанные в виде матрицы, на- |
||||||||||||||||||||||||||||||
зываются матр цей с стемы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
бА |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
a11 |
|
|
|
|
a12 |
|
|
|
|
|
a1n |
|
|
|
|||||||||
|
|
A |
a21 |
|
|
|
|
a22 |
|
|
|
|
|
a2n |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
a |
m1 |
|
|
m2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mn |
|
|
|||||||||
Числа, стоящие в правых частях уравнений, образуют столбец |
||||||||||||||||||||||||||||||
свободных членов: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
b2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
И |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Матрица системы, дополненная справа столбцом свободных |
||||||||||||||||||||||||||||||
членов, называется расширенной матрицей системы: |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
a |
|
|
a |
|
|
|
|
a |
|
|
|
b |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
1n |
|
|
|
1 |
|
|
|||||
|
|
|
|
a |
21 |
|
a |
22 |
|
|
a |
2n |
|
|
b |
|
|
|||||||||||||
|
A* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
. |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
|
b |
|
|
||||||
|
|
|
|
a |
m1 |
|
m2 |
|
|
mn |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
16
Если свободные члены всех уравнений равны нулю, система называется однородной. Решением системы (1) является всякая совокупность значений переменных x1,x2, ,xn , при подстановке которых в систему (1) все уравнения обращаются в верные равенства.
истемы, не имеющие решений, называются несовместными, имеющие решения – совместными.
Метод Крамера решения систем линейных уравнений
В случае, когда ч сло неизвестных совпадает с числом уравне-
(т.е. m n) определитель системы отличен от нуля |
||||||||||||||
С |
|
|
a11 |
|
a12 |
a1n |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
det A |
a21 |
|
a22 |
a2n |
|
0, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ний |
|
|
|
|
||||||||||
am1 am2 amn |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
система линейных уравнений (1) имеет единственное решение, опре- |
||||||||||||||
деляемое по формулам Крамера (прил. 5): |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
x |
1 |
; x |
2 |
|
2 |
; ; x |
n |
|
n |
, |
|||
|
|
|
|
|||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
бА |
|||||||||||||
где i |
– определитель, который получается из определителя системы, |
|||||||||||||
если |
в нем i-й столбец |
|
заменить |
столбцом |
свободных членов |
i 1, 2, ,n . |
Д |
|
|
||
Пример |
|
И |
Решить систему |
|
|
|
x y z 1; |
|
|
2x y z 0; |
|
|
|
x y 2z 1.
Решение. Находим определитель системы:
17

|
1 |
1 |
1 |
|
1 |
1 |
1 |
|
3 |
2 |
|
9 4 5 0, |
|
|
|
|
|||||||||
|
2 |
1 |
1 |
|
3 0 |
2 |
1 |
|
||||
|
1 |
1 |
2 |
|
2 |
0 |
3 |
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
значит, можно систему решить по формулам Крамера. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
читаем вспомогательные определители: |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
||||||||||
и |
|
|
0 |
|
|
|
|
1 1 |
|
|
3; |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
x |
0 |
|
1 1 |
|
|
|
|
|
|
0 |
3 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
бА |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
y |
|
2 0 |
|
1 2 |
|
|
|
0 1 1 |
2 |
|
1 |
6 2 4 |
; |
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
1 |
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
1 |
|
2. |
|
||||||||
z |
2 |
|
1 |
0 |
|
|
2 |
|
|
|
1 0 |
|
2 |
0 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|||||||||||||||||||||||
Решение получаем по формулам Крамера: |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
x |
x |
|
3 |
; y |
y |
|
4; z z |
2 |
. |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|||||||||||||
Правильность решения системы проверяется подстановкой ре- |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
шения в систему. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|||||||||
Проверка: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
2 |
|
5 |
1; |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
5 |
|
|
5 |
5 |
|
||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
3 |
|
4 |
|
2 |
0; |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
5 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
2 |
2 |
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
5 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18
§5. Крамеровские системы линейных уравнений. Матричный метод решения систем линейных уравнений
Предполагаем, что число уравнений системы линейных уравне-
ний совпадает с числом неизвестных и определитель системы |
от- |
||||
С |
|
||||
личен от нуля, |
то есть система является крамеровской. |
|
|||
Заменим исходную систему (1) эквивалентным ей матричным |
|||||
уравнен ем |
|
|
|
||
и |
(2) |
||||
|
|
|
|
AX B, |
|
x1 |
|
|
|
||
x2 |
|
матр ца-стол ец, составленная из переменных. |
|
||
где X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
бА |
|
||
|
|
|
|
|
|
x |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поскольку матр ца A – невырожденная, значит, существует обратная к ней матрица A 1. Умножим обе части уравнения (2) на A 1 слева:
A 1 AX A 1B.
Имеем |
Д |
|
|
|
A 1A X A 1B; |
EX A 1B; И
X A 1B.
Вычисления по полученной формуле дают решение уравнения. Такой способ решения линейных уравнений называется матричным методом (см. прил. 5).
19