
Матвеева Математика
.pdf


|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^^^^^^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
|
|
7х |
- |
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 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
_ 7х3 - 5х4 |
= 1; |
|
|
|
столбцы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2х4 = -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-^ ~Ь Х~) ~г~ Х^ ~~ 15
2х4 +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'у |
|
• 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 |
(хь х2, |
xj |
+ (у\, у2, |
Уп) - |
||
= (xi+yi, х2+у2, |
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 |




