Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Матвеева Математика

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
3.12 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^^^^^^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поскольку an = 2 * 0 , умножим 1-ю строку на -3, -5, -4 и при-

F Х| + х2 + х, + х4 + х5 = 1;

 

 

 

бавим соответственно ко 2, 3 и 4-й строкам, получим

 

х^ + х ^ + 4Х? + зх^ + 5X__ _ 2;

 

 

 

 

 

 

'2 -3

3

 

2

 

3^

 

 

 

 

| 2 х , + х 2 + 9 х , + 2 х 4 + 7х5 = 3 ;

 

 

 

 

 

 

0

18

-11

 

-7

-13

 

 

 

 

4х, + 4х, +7х, +6х4 +8х, = 5 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(б)

1

i

 

-

-

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

0

18

-18

 

-12

-12

 

 

 

 

Решение. Выпишем расширенную матрицу системы

 

 

 

 

 

 

v0

18

-11

 

- 5

-19J

 

 

 

 

 

'l

1

1

1

l!

Г

 

 

 

Так как элемент а\ находящийся на пересечении 2-й строки и

 

 

11

4

3

5

2

 

 

 

2-го столбца, пе равен нулю, то вычтем 2-ю строку из 3-й и 4-й

 

2

1

9

2

7

3

 

 

 

строк:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(4

4

7

6

8

5у

 

 

 

 

 

 

 

 

^

о

Л

 

2

JЛ

\

 

 

 

 

11оскольку ац=1*0, умножим 1-ю строку на - 1, -2, -4 и приба-

 

 

 

 

 

0

18

-11

 

-7

-13

 

 

 

 

|*чм соответственно ко 2, 3 и 4-й строкам, получим

 

 

 

 

 

 

0

0 -

7 -

5

 

1

 

 

 

(В)

 

(1

1

1

1

1

О

 

 

 

 

 

 

 

 

О

0

0

 

 

2

- 6

 

...

.

 

0 0 3 2 4 1

 

 

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

-

1 7

0

5

1 : '

 

К

Полученная матрица имеет треугольный вид.

 

1ак как г=4-и,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

то система имеет единственное решение. Для нахождения ре-

 

 

 

3 _

4

1J

 

 

 

шения запишем систему линейных уравнений, соответствую-

Так как элемент,

находящийся на пересечении 2-й строки

и

щую матрице (в):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-го столбца, равен нулю, то переставим строки или столбцы, с

 

 

 

 

 

 

2х -Зх, + 3х, +2х

= 3;

 

 

 

1СМ чт°бы на этом месте стоял ненулевой элемент. Можно по-

 

 

 

 

 

 

 

 

ц

 

 

-

13-

 

 

 

менять местами 2-ю и 3-ю строки, а можно переставить 2-й

 

 

 

 

 

 

 

"7

 

 

 

4

~

'

 

 

 

столбец с 3,4 или 5-м. Поменяем местами, например, 2-й и 4-й

 

 

 

 

 

 

 

_ 3 - 5х4

= 1;

 

 

 

столбцы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 = -6.

 

 

 

 

 

р 1 1

1

1 Г

 

 

Находим из последнего уравнения: Х4—3, затем из 3-го урав-

%

 

0

2

3

0

4

1

 

 

нения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

0

0

7

-1

5

1'

 

 

 

1+5х4

 

 

^

 

 

-13 + 11х,+7х4

2

 

1

 

I 0

2

3

0

4

1.

 

 

х3

=

 

 

= 2;

из 2-го: х, =

 

 

 

 

 

 

= — ;

 

 

v

 

 

 

 

у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-7

 

 

 

 

 

 

 

 

18

 

3

 

В Теперь с помощью 2-й строки обратим в нуль элементы, нахо-

из

 

 

_ 3 + Зх9

- Зх3

- 2х4 _ 1

.

 

 

 

 

 

В дящиеся на пересечении 2-го столбца

с

3-й и 4-й строками

J - ro: х, —

 

2

 

2

 

 

 

 

 

Ш

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В (первьш из них случайно оказался равным нулю, так что оста-

 

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I Лось 0 0 Р а т и т ь в нуль второй элемент). Умножив 2-ю строку н а

 

Получили:

xi = 2'

Х 2 ~ ~ 3 ~ '

Хз = 2;

*4 = ~3"

 

I -1 и прибавив её к4-й, получим

 

 

 

 

 

 

Пример 5. Решить систему уравнений методом Гаусса.

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42

 

 

 

 

 

 

 

В

 

 

 

43

 

 

 

 

1

 

 

 

2

3

о

(г)

О

7

-1

 

О

О О

 

Полученная матрица имеет искомый ступенчатый вид. По ней определяем ранг системы г=3<п, значит, система совместна и имеет бесчисленное множество решений. Запишем систему линейных уравнений, соответствующих матрице (г):

Х-^ ~f" Х^ ~f~ Х-^ Х~) ~г~ Х^ ~~ 15

4 +3х3 + + 4х5 =1; 7х-^ х-) ~1~ х ^ ~ 1 *

Выразим из нее базисные переменные xi, Х4, Х3 через свобод­ ные переменные х2, х$, получим общее решение системы.

1

1

 

_ 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хз = ^

+

 

? *5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

Х2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= — (l - 4х5 - Зх3) =

 

— х2 -

13 v

5'

 

 

 

 

 

 

 

 

7

14

 

 

14

 

 

 

 

X-i — 1 Х

 

• х4 х3

4

 

13

с, -t

 

 

 

X,.

 

7

 

14

14

 

 

 

 

 

 

2

5

Придавая х2 и Х5 произвольные значения, получим бесчислен­ ное множество частных решений системы.

2.5.Собственные векторы и собственные значения линейных операторов

Говорят, что множество упорядоченных наборов из п чисел х (х\, Х2, Хд), называемых векторами, образует n-мерное ко­ ординатное линейное пространство R" , если при этом опреде­

лены: сумма двух

векторов

ь х2,

xj

+ (у\, у2,

Уп) -

= (xi+yi, х22,

ХП+уц) и

произведение

вектора на

число

Цх\, х2,.... xj=(fau

&хг,

Лх*),

удовлетворяющие следующим

свойствам:

 

 

 

 

 

 

 

1) х + у = у + х

для всех

х, у е R";

 

 

 

2)

(x + y)+z = x + (y + z)

для всех

х, у, z е R";

 

3)

существует

нулевой

элемент

Oei?",

что х + 0 = х

для

всех

X<ER";

 

 

 

 

 

 

4)

для

каждого

элемента

xeR"

существует

такой

элемент

-xeR", что

х + (- х) = 0 ;

 

 

 

 

 

5)

\-х

= х; 6)

a(j3-x)=(a-в)-х;

7)

(а +fi)-x=a-x

+в-х ;

8)а(х+у)=ах+ау, где а. (3— произвольные действитель­

ные числа.

Замечание. Иногда говорят просто — линейное простран­ ство и обозначают L.

Рассмотрим в пространстве R" конечную систему векторов:

""l («II- «12, «1н), «2 ( а 2 Ь «22, «2л)-

« m ( « m b « т 2 .

Говорят, что система векторов а,,

а2,

ат линейно зави­

сима, если какой-либо вектор этой системы выражается через остальные. В противном случае система называется линейно независимой.

Векторное пространство R" называется и-мерным, если в нем существуют п линейно независимых векторов, но любые (и Н) векторов уже линейно зависимы. Таким образом, раз­ мерность пространства — это наибольшее число содержащих­ ся в нем линейно независимых векторов.

Множество всех векторов на плоскости называют двумер­ ным векторным пространством R2, а в пространстве — трех­

мерным векторным пространством R3.

Любая

совокупность п линейно независимых векторов

£,, ё2,

ёп называется базисом пространства R".

Каждый вектор «-мерного пространства можно предста­ вить, и притом единственным образом, в виде линейной ком­

бинации базисных векторов:

 

 

х = х1ё, + х2ё2 +... + хпеп

(2.12)

или кратко х (xi,

х2,х„).

 

Числа (хь х2.

х„) называются координатами векторах от-

44

45