- •Долгіх, В. М.
- •1. МАТРИЦІ Й ВИЗНАЧНИКИ
- •1.1. МАТРИЦІ. ВИДИ МАТРИЦЬ
- •Види матриць
- •Деякі властивості добутку матриць
- •Властивості транспонування матриці
- •1.3. ВИЗНАЧНИКИ
- •Властивості визначників
- •1.4. ОБЕРНЕНА МАТРИЦЯ
- •Обчислення оберненої матриці методом елементарних перетворень
- •1.5. РАНГ МАТРИЦІ
- •1.5. РАНГ МАТРИЦІ
- •Обчислення рангу матриць методом елементарних перетворень
- •Поняття про лінійну залежність і незалежність рядків матриці
- •1.6. ПРИКЛАДИ ЗАСТОСУВАННЯ МАТРИЦЬ В ЕКОНОМІЦІ
- •Таблиця 1.1
- •Таблиця 1.2
- •Таблиця 1.3
- •Питання для самоперевірки
- •1.7. Вправи
- •2. СИСТЕМИ ЛІНІЙНИХ АЛГЕБРАЇЧНИХ РІВНЯНЬ
- •2.1. ОСНОВНІ ОЗНАЧЕННЯ
- •2.2. СХЕМА ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМ. ТЕОРЕМА КРОНЕКЕРА-КАПЕЛЛІ
- •Схема дослідження систем
- •2.3. МЕТОД ГАУССА (метод послідовного виключення невідомих)
- •2.4. МЕТОД ЖОРДАНА-ГАУССА (метод повного виключення невідомих)
- •2.5. СИСТЕМИ ЛІНІЙНИХ ОДНОРІДНИХ АЛГЕБРАЇЧНИХ РІВНЯНЬ
- •Однорідні системи n-го порядку (n рівнянь із n невідомими)
- •2.6. СИСТЕМИ n ЛІНІЙНИХ РІВНЯНЬ ІЗ n НЕВІДОМИМИ
- •2.6.1. Матричний метод розв’язування систем (метод оберненої матриці)
- •2.6.2. Розв’язування систем методом Крамера
- •2.7. ВЛАСНІ ВЕКТОРИ ТА ВЛАСНІ ЧИСЛА МАТРИЦІ
- •2.8. ПРИКЛАДИ ЗАСТОСУВАННЯ СИСТЕМ В ЕКОНОМІЦІ
- •Таблиця 2.1
- •Таблиця 2.2
- •Питання для самоперевірки
- •2.9. Вправи
- •Таблиця 2.3
- •Таблиця 2.4
- •Таблиця 2.5
- •3. ЕЛЕМЕНТИ ВЕКТОРНОЇ АЛГЕБРИ
- •3.1. ОСНОВНІ ОЗНАЧЕННЯ
- •3.3. ЛІНІЙНА НЕЗАЛЕЖНІСТЬ ВЕКТОРІВ
- •3.4. БАЗИС. РОЗКЛАДАННЯ ВЕКТОРА ЗА БАЗИСОМ
- •Лінійні операції над векторами в координатній формі
- •3.5. АФІННА СИСТЕМА КООРДИНАТ
- •3.6. ПРОЕКЦІЯ ВЕКТОРА НА ВІСЬ
- •3.7. ВЕКТОРИ В ОРТОНОРМОВАНОМУ БАЗИСІ. ДЕКАРТОВА ПРЯМОКУТНА СИСТЕМА КООРДИНАТ
- •Лінійні операції над векторами в базисі
- •3.8. НАПРЯМНІ КОСИНУСИ ВЕКТОРА
- •3.9. ПОДІЛ ВІДРІЗКА В ЗАДАНОМУ ВІДНОШЕННІ
- •3.10. СКАЛЯРНИЙ ДОБУТОК ВЕКТОРІВ
- •3.10. СКАЛЯРНИЙ ДОБУТОК ВЕКТОРІВ
- •Алгебраїчні властивості скалярного добутку
- •Геометричні властивості скалярного добутку
- •Скалярний добуток в ортонормованому базисі
- •Деякі важливі формули
- •3.11. ВЕКТОРНИЙ ДОБУТОК ВЕКТОРІВ
- •Алгебраїчні властивості векторного добутку
- •Геометричні властивості векторного добутку
- •Векторний добуток в ортонормованому базисі
- •3.12. МІШАНИЙ ДОБУТОК ВЕКТОРІВ
- •Основна алгебраїчна властивість мішаного добутку
- •Геометричні властивості мішаного добутку
- •Мішаний добуток в ортонормованому базисі
- •Лінійні операції над векторами
- •3.13.2. Лінійна незалежність векторів. Базис і координати
- •3.13.3. Евклідів n-вимірний простір En
- •Алгебраїчні властивості скалярного добутку
- •Кут між векторами в евклідовому просторі En
- •Таблиця 3.1
- •Питання для самоперевірки
- •3.14. Вправи
- •4. АНАЛІТИЧНА ГЕОМЕТРІЯ НА ПЛОЩИНІ
- •4.1. СИСТЕМИ КООРДИНАТ НА ПЛОЩИНІ
- •4.1.1. Декартова прямокутна система координат
- •4.1.2. Полярна система координат
- •Зв’язок між полярними та прямокутними декартовими координатами точки
- •4.1.3. Перетворення системи координат
- •Паралельне перенесення осей
- •4.2. ЛІНІЯ НА ПЛОЩИНІ. ОСНОВНІ ОЗНАЧЕННЯ
- •Параметричні рівняння лінії
- •Таблиця 4.1
- •Лінія в полярних координатах
- •Таблиця 4.2
- •4.3. ПРЯМА НА ПЛОЩИНІ
- •4.3.1. Різні форми рівнянь прямої
- •Умови паралельності й перпендикулярності двох прямих
- •4.3.3. Нормальне рівняння прямої
- •Ознаки нормального рівняння
- •4.3.4. Відстань від точки до прямої
- •4.3.5. Приклади розв’язування задач
- •4.3.6. Приклади застосування лінійної залежності в економіці
- •Лінійна залежність між витратами й обсягом виробництва продукції
- •Питання для самоперевірки
- •4.3.7. Вправи
- •4.4. АЛГЕБРАЇЧНІ ЛІНІЇ ДРУГОГО ПОРЯДКУ НА ПЛОЩИНІ
- •4.4.1. Основні поняття
- •4.4.2. Коло
- •4.4.4. Гіпербола
- •4.4.6. Криві другого порядку. Узагальнення
- •Питання для самоперевірки
- •4.4.7. Вправи
- •5. АНАЛІТИЧНА ГЕОМЕТРІЯ У ПРОСТОРІ
- •5.1. ПЛОЩИНА У ПРОСТОРІ R3
- •5.1.1. Різні форми рівнянь площини
- •Ознаки нормального рівняння
- •5.1.2. Відхилення та відстань точки від площини
- •5.1.3. Кут між двома площинами. Умови паралельності та перпендикулярності двох площин
- •5.1.4. Приклади розв’язування задач
- •5.2. ПРЯМА У ПРОСТОРІ R3
- •5.2.1. Різні форми рівнянь прямої
- •5.2.3. Відстань від точки до прямої у просторі R3
- •5.2.4. Відстань між паралельними прямими у просторі R3
- •5.2.5. Відстань між перехресними прямими у просторі R3
- •Умови паралельності й перпендикулярності прямої та площини
- •Питання для самоперевірки
- •5.2.7. Вправи
- •5.3. АЛГЕБРАЇЧНІ ПОВЕРХНІ ДРУГОГО ПОРЯДКУ
- •5.3.1. Загальне рівняння поверхні другого порядку
- •5.3.2. Еліпсоїд. Сфера
- •5.3.3. Однопорожнинний гіперболоїд
- •5.3.4. Двопорожнинний гіперболоїд
- •5.3.5. Конус другого порядку
- •5.3.6. Еліптичний параболоїд
- •5.3.7. Гіперболічний параболоїд
- •5.3.8. Циліндри
- •Питання для самоперевірки
- •5.3.9. Вправи
- •СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
2.6. СИСТЕМИ n ЛІНІЙНИХ РІВНЯНЬ ІЗ n НЕВІДОМИМИ
Розглянемо методи, придатні лише для розв’язання системn-го порядку (n рівнянь із n невідомими):
ì a11x1 + a12 x2 + ... + a1n xn |
= b1, |
|||||||||
ï |
21x1 |
+ a22 x2 |
+ + a2n xn |
= b2 , |
||||||
ïa |
||||||||||
í |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ï ........................................ |
||||||||||
ïa |
x |
+ a |
n2 |
x |
2 |
+... + a |
nn |
x |
n |
= b . |
î |
n1 1 |
|
|
|
|
n |
Систему (2.10) запишемо також у матричному вигляді:
A × X = B,
|
æ a |
a |
... |
a |
ö |
|
æ x |
ö |
|
æ b |
ö |
||||||
|
ç 11 |
|
12 |
... |
|
1n ÷ |
|
ç |
|
1 |
÷ |
|
ç |
1 |
÷ |
||
A = |
ça21 |
a22 |
a2n ÷ |
X = |
ç x2 |
÷ |
B = |
çb2 |
÷ |
||||||||
ç |
|
|
|
... |
... |
÷, |
ç |
|
|
÷, |
ç |
|
÷. |
||||
|
ç ... ... |
÷ |
|
ç |
... ÷ |
|
ç |
... ÷ |
|||||||||
|
ça |
n1 |
a |
n2 |
... |
a |
|
÷ |
|
ç x |
n |
÷ |
|
çb |
÷ |
||
|
è |
|
|
|
nn ø |
|
è |
|
ø |
|
è |
n |
ø |
(2.10)
(2.11)
2.6.1. Матричний метод розв’язування систем (метод оберненої матриці)
Якщо матриця А системи (2.10) невироджена (det |
A ¹ 0), то її |
розв’язок може бути поданий у вигляді: |
|
X = A–1B. |
(2.12) |
Приклад 2.10. Методом оберненої матриці розв’язати систему:
ì x1 - x2 + 2x3 = 5, |
||||||
ï |
|
|
|
- 3x3 = -3, |
||
í2x1 + 2x2 |
||||||
ï |
2x |
+ x |
2 |
- x |
3 |
= 1. |
î |
1 |
|
|
|
► Позначимо:
æ |
1 - 1 |
2 |
ö |
æ x |
ö |
æ |
5 ö |
|
ç |
|
|
|
÷ |
ç |
1 ÷ |
ç |
÷ |
A = ç 2 |
2 - 3 ÷, X = ç x 2 ÷, B = ç |
- 3 ÷. |
||||||
ç |
2 |
1 - 1 |
÷ |
ç |
÷ |
ç |
÷ |
|
è |
ø |
è x |
3 ø |
è |
1 ø |
|||
Для матриці A обернена матриця знайдена в прикладі (1.18): |
||||||||
|
|
|
æ |
1 |
1 |
- 1 |
ö |
|
|
|
|
ç |
|
|
|
÷ |
|
|
|
A -1 = ç - 4 - 5 |
7 ÷. |
|
||||
|
|
|
ç |
- 2 |
- 3 |
4 |
÷ |
|
|
|
|
è |
ø |
|
ДВНЗ “Українська академія банківської справи НБУ”
37
За формулою (2.12) знаходимо розв’язок системи:
æ x |
ö |
æ |
1 |
1 |
ç 1 |
÷ |
ç |
|
|
X = A-1B, Û ç x2 ÷ |
= ç- 4 - 5 |
|||
ç |
÷ |
ç |
- 2 |
- 3 |
è x3 |
ø |
ç |
||
|
|
è |
|
|
-1ö |
æ 5 |
ö |
æ |
1×5 +1×(-3) -1 |
×1 ö |
æ |
1 ö |
ì x |
= 1 |
|
|
÷ |
ç |
÷ |
ç |
|
÷ |
ç |
÷ |
ï 1 |
|
7 ÷ |
×ç- 3÷ = ç- 4 ×5 - 5 ×(-3) + 7 ×1÷ = ç2 ÷, |
íx2 = 2. < |
||||||||
4 |
÷ |
ç |
÷ |
ç |
- 2 ×5 - 3 × (-3) + |
÷ |
ç |
÷ |
ï |
= 3 |
÷ |
è 1 |
ø |
è |
4 ×1ø |
è |
3 ø |
îx3 |
|||
|
ø |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зауваження. Метод оберненої матриці зручно застосовувати для багаторазового розв’язування систем з однією і тією ж матрицеюA і різними матрицями вільних членів B.
2.6.2. Розв’язування систем методом Крамера
Нехай ∆ – визначник матриці А системи (2.10), ∆j – визначник, отриманий з визначника∆ заміною j-го стовпця стовпцем вільних членів. Тоді:
·при ∆ ¹ 0 система має єдиний розв’язок, що визначається формулами Крамера:
xj = Dj / D (j = 1, 2, …, n); |
(2.13) |
·якщо ∆ = 0, а хоча б один із визначників∆j ¹ 0, то система несумісна;
·при ∆ = D1 = ... = Dn = 0 система або несумісна, або має безліч розв’язків.
Приклад 2.11. Розв’язати методом Крамера систему
ì x1 - x2 + 2x3 = 5,
ï
í2x1 + 2x2 - 3x3 = -3,
|
|
ï |
2x + x |
2 |
- x |
3 |
= 1. |
|
|
|
î |
1 |
|
|
|
||
|
-1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
► Визначник = |
1 |
=1¹ 0 – система має єдиний розв’язок, |
||||||
2 |
2 |
-3 |
||||||
|
2 |
1 |
-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
який знайдемо за формулами Крамера (2.13).
|
5 |
-1 2 |
|
|
|
1 |
5 |
2 |
|
|
|
|
1 |
-1 5 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
1 = |
-3 2 |
-3 |
=1, |
2 = |
2 |
-3 - 3 |
= 2, |
3 = |
|
2 |
2 |
- 3 |
|
= 3, |
||||
|
1 |
1 |
-1 |
|
|
|
2 |
1 |
-1 |
|
|
|
|
2 |
1 |
1 |
|
|
|
|
x1 |
= |
D1 |
= 1, x1 = |
D2 |
= 2, x1 = |
D3 |
= 3. < |
|
|
|
||||||
|
|
|
D |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
ДВНЗ “Українська академія банківської справи НБУ”
38
Приклад 2.12. Розв’язати методом Крамера систему:
|
|
|
|
|
ì x - 2x |
|
+ 3x |
= 2, |
||||||
|
|
|
|
|
ï |
1 |
2 |
3 |
|
|||||
|
|
|
|
|
í2x1 + 3x2 - 4x3 =1, |
|||||||||
|
|
|
|
|
ï |
3x |
+ x |
2 |
- x |
= 4. |
||||
|
|
|
|
|
î |
1 |
|
3 |
|
|||||
|
-2 |
3 |
|
= 0 , D1 = |
|
2 |
- 2 |
|
3 |
|
= -1 ¹ 0 – система несумісна. < |
|||
► D = |
1 |
|
|
|
|
|||||||||
2 |
3 |
-4 |
|
|
1 |
3 |
|
-4 |
|
|||||
|
3 |
1 |
-1 |
|
|
|
|
4 |
1 |
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приклад 2.13. Розв’язати методом Крамера систему:
ìï x1 - 2x2 +3x3 =5,
í2x1 - 4x2 + 6x3 =3,
ïî3x1 -6x2 + 9x3 =8.
► Третє рівняння системи дорівнює сумі першого та другого рівнянь, отже, усі визначники третього порядку дорівнюють нулю: ∆ = D1 = D2 = D3 = 0. Однак перше рівняння несумісне з другим. Система несумісна. <
Приклад 2.14. Розв’язати методом Крамера систему:
ì x1 + x2 + x3 = 3, |
|||
ï |
|
+ 3x2 - 4x3 |
= 2, |
í2x1 |
|||
ï |
3x1 |
+ 4x2 - 3x3 |
= 5. |
î |
► Третє рівняння системи дорівнює сумі першого та другого рі-
внянь, |
отже, |
усі визначники третього |
порядку дорівнюють |
нулю: |
|||||
∆ = D1 = D2 = D3 = 0. Оскільки мінор другого порядку, складений із ко- |
|||||||||
ефіцієнтів |
при x1, x2 |
першого |
та |
другого |
рівнянь |
,системи |
|||
M 2 = |
1 |
1 |
=1 ¹ 0, то ранг системи дорівнює 2, система має лише два лі- |
||||||
|
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
нійно незалежні рівняння і три невідомі. Така система має безліч розв’язків. Базисні змінні x1, x2 можна виразити через вільну змінну x3. Залишимо в системі два перші лінійно незалежні рівняння та запише-
мо її у вигляді: ìí x1 + x2 = 3 - x3 ,
î2 x1 + 3x2 = 2 + 4 x3 .
Знайдемо розв’язок за формулами Крамера (2.13):
D = |
1 |
1 |
= 1, |
D1 |
= |
3 - x3 |
1 |
= 7 - 7 x3 , |
D2 |
= |
1 |
3 - x3 |
= 6 x3 - 4, |
|
2 |
3 |
|
|
|
2 + 4 x3 |
3 |
|
|
|
2 |
2 + 4 x3 |
|
ДВНЗ “Українська академія банківської справи НБУ”
39