Системи лінійних алгебраїчних рівнянь

Содержание

Слайд 2

Системи лінійних алгебраїчних рівнянь Систему алгебраїчних рівнянь називають лінійною, якщо вона

Системи лінійних алгебраїчних рівнянь

Систему алгебраїчних рівнянь називають лінійною, якщо вона може

бути записана у вигляді

де x1, x2, … , xn, - невідомі; aij - коефіцієнти системи; bk - вільні члени.

Слайд 3

- розширена матриця С.Л.А.Р.. стовпець вільних членів стовпець невідомих; - основна

- розширена матриця С.Л.А.Р..

стовпець вільних членів

стовпець невідомих;

- основна матриця С.Л.А.Р

Системи лінійних

алгебраїчних рівнянь

A =

Слайд 4

Системи лінійних алгебраїчних рівнянь Розв’язком системи називають множину дійсних чисел с1,

Системи лінійних алгебраїчних рівнянь

Розв’язком системи називають множину дійсних чисел с1, с2,

…, сn , підстановка яких у систему замість невідомих перетворює кожне рівняння у тотожність.
Систему лінійних алгебраїчних рівнянь (С. Л.А. Р.) називають сумісною, якщо вона має хоч би один розв’язок. Несумісною у протилежному випадку.

системи лінійних рівнянь

Слайд 5

Переваги застосування метода Гаусса: 1) дозволяє дослідити систему на сумісність; 2)

Переваги застосування метода Гаусса:
1) дозволяє дослідити систему на сумісність;
2) у випадку

сумісності знайти іі розв’язки ( єдиний або нескінченну кількість);
3) дослідження на сумісність і знаходження розв’язків, якщо вони існують, можна робити одночасно.

.

При дослідженні системи на сумісність використовують елементарні перетворення матриці та поняття ранга матриці

Розв’язування систем m лінійних рівнянь з n невідомими.

Слайд 6

. (Е.П.) матриці називають перетворення слідуючого вигляду: відкидання нульового рядка (стовпця);

.

(Е.П.) матриці називають перетворення слідуючого вигляду:
відкидання нульового рядка (стовпця);
множення

всіх елементів рядка (стовпця) на ненульове число;
перестановка рядків (стовпців);
додавання до елементів одного рядка (стовпця) відповідних елементів іншого рядка (стовпця), помножених на довільне ненульове число;
транспонування матриці.

Елементарні перетворення матриці

Слайд 7

Мінором k-го порядку матриці називають визначник порядку k, який отримують викресленням

Мінором k-го порядку матриці називають визначник порядку k, який отримують викресленням

будь-яких рядків і стовпців з матриці А.

Мінор матриці

Приклад 1
Обчислити всі мінори третього порядку і довільний мінор другого порядку матриці А

Розв’язок

Слайд 8

Мінор матриці Приклад 1 (продовження )

Мінор матриці

Приклад 1 (продовження )

Слайд 9

Рангом матриці А називають найвищий порядок її ненульового мінора. Позначення: rang(A),

Рангом матриці А називають найвищий порядок її ненульового мінора.

Позначення: rang(A), r(A)

Властивості

rang(A)

r(A) ≤ min(m;n)
r(A) = 0, коли А=0
r(A) не змінюється при Е.П.
у матриці трапецієвидного вигляду

; де

Ранг матриці

r(A) =r

Слайд 10

Приклад 2 Обчислити ранг матриці А за допомогою Е.П. Ранг матриці А = внаслідок того, що

Приклад 2

Обчислити ранг матриці А за допомогою Е.П.

Ранг матриці

А

=

внаслідок того, що

Слайд 11

Ранг матриці Розв’язок

Ранг матриці

Розв’язок

Слайд 12

Система m лінійних рівнянь з n невідомими сумісна тоді і тільки

Система m лінійних рівнянь з n невідомими сумісна тоді і тільки

тоді, коли r(A) = r(A)
Причому система
сумісна визначена, якщо r(A) = r(A) = n ;
сумісна невизначена, якщо r(A) = r(A) n.
у випадку r n невідомі називають базисними, якщо минор, утворений з коефіцієнтів при них, не дорівнює нулю.
усі інші невідомі називають вільними.

Теорема Кронекера-Капеллі

Слайд 13

метод Гаусса Суть метода Гаусса полягає в тому , що шляхом

метод Гаусса

Суть метода Гаусса полягає в тому , що шляхом елементарних

перетворень С.Л.А.Р. приводять до еквівалентної системи трикутного або трапецієвидного вигляду, з якої послідовно, починаючи з останніх (за номером) змінних, знаходять усі невідомі.
Перетворення Гаусса зручно проводити, здійснюючи перетворення не з самими рівняннями, а з матрицею їх коефіцієнтів яка є розширеною матрицею С.Л.А.Р.
Слайд 14

Приклад 3 Дослідити систему рівнянь на сумісність і у випадку сумісності

Приклад 3
Дослідити систему рівнянь на сумісність і у випадку сумісності знайти

розв’язки

метод Гаусса

Розв’язок

~

~

а)

Слайд 15

метод Гаусса Приклад 3 (продовження ) ~ 0 = -16 Отже,

метод Гаусса

Приклад 3 (продовження )

~

0 = -16

Отже, початкова система несумісна.

б)

r(A)

= 3 r(A) = 4
Слайд 16

метод Гаусса Приклад 3 (продовження ) Розв’язок ~ ~ ~ ~

метод Гаусса

Приклад 3 (продовження )

Розв’язок

~

~

~

~

~

~

.

r(A) = r(A) = 3

Система

сумісна визначена

Відповідь:

Слайд 17

метод Гаусса Приклад 3 (продовження ) в) Розв’язок ~ ~

метод Гаусса

Приклад 3 (продовження )

в)

Розв’язок

~

~

Слайд 18

метод Гаусса Приклад 3 (продовження ) r(A) = r(A) = 3

метод Гаусса

Приклад 3 (продовження )

r(A) = r(A) = 3

Система сумісна

і невизначена.

Вважаємо

тоді

Відповідь:

.

~

,

Слайд 19

Системи n лінійних рівнянь з n невідомими Якщо то r(A) =


Системи n лінійних рівнянь з n невідомими

Якщо

то

r(A) = r(A) = n
(кількість рівнянь дорівнює кількості невідомих), згідно з теоремою Кронекера-Капеллі така система має єдиний розв’язок.
Слайд 20

Цей визначник отримано шляхом послідовної заміни j-го стовпця визначника ∆ стовпцем

Цей визначник отримано шляхом послідовної заміни j-го стовпця визначника ∆ стовпцем

чисел b1 , b2 , … , bn .

Метод Крамера.

Розв’язком С.Л.А.Р. за правилом Крамера буде сукупність значень невідомих обчислених за формулами:

Знаходження єдиного розв’язку.

Слайд 21

Приклад 4 Розв’язати систему лінійних алгебраїчних рівнянь за формулами Крамера: Розв’язок

Приклад 4

Розв’язати систему лінійних алгебраїчних рівнянь за формулами Крамера:

Розв’язок

≠ 0, можемо застосувати правило Крамера
Слайд 22

Приклад 4 (продовження) За формулами Крамера: Відповідь:

Приклад 4 (продовження)

За формулами Крамера:

Відповідь:

Слайд 23

Метод оберненої матриці. то С.Л.А. Р., згідно з правилом множення матриць

Метод оберненої матриці.

то С.Л.А. Р., згідно з правилом множення матриць та

умовою рівності матриць, можна записати у матричній формі

A×X = B

Тоді

A-1∙A×X = A-1∙ B ( A-1∙A =E)

X= A-1∙ B

де A-1 - матриця обернена до A.

Знаходження єдиного розв’язку.

Слайд 24

Приклад 5 Розв’язати C.Л.А.Р. методом оберненої матриці Запишемо систему рівнянь у

Приклад 5

Розв’язати C.Л.А.Р. методом оберненої матриці

Запишемо систему рівнянь

у вигляді матричного рівняння

Розв’язок

де

Тоді

Слайд 25

Приклад 5 (продовження ) Визначник матриці А не дорівнює нулю, тому

Приклад 5 (продовження )

Визначник матриці А не дорівнює

нулю, тому існує А-1 і розвязок можна знайти методом оберненої матриці.

Знаходимо алгебраїчні доповнення:

Слайд 26

Приклад 5 (продовження) Записуємо обернену матрицю до матриці А

Приклад 5 (продовження)

Записуємо обернену матрицю до матриці А

Слайд 27

Приклад 5 (продовження) Відповідь: .

Приклад 5 (продовження)

Відповідь:

.