Неоднородная система линейных уравнений называется крамеровской, если выполнены следующие условия:
1) m = n, т.е. число уравнений равно числу неизвестных;
2) det А ¹0 – определитель матрицы коэффициентов не равен нулю.
Иначе: система линейных уравнений крамеровская, если А – квадратная невырожденная матрица.
Т.к. А – квадратная матрица, то существует обратная матрица А -1, тогда решение системы дается формулой:
Х=А -1 В.
Правило Крамера в матричной форме записи:
Здесь Dравен определителю матрицы коэффициентов, D I есть определитель матрицы коэффициентов, в котором на месте i -го столбца стоит столбец свободных членов.
Пример. Решить систему уравнений:
1) Вычисляем det А = D и определители D i:
x1 = ; x2 = ; x3 = .
Ответ: решение системы
1.6.4.Произвольные неоднородные системы
Пусть дана система m линейных уравнений с n неизвестными.
Система называется совместной, если у нее существует хотя бы одно решение.
Главную роль в определении совместности системы играет ранг матрицы. Составим матрицу (А / В), которая называется расширенной матрицей.
|
|
Теорема Кронекера – Капелли. Для того чтобы система линейных уравнений была совместна (т.е. имела решение), необходимо и достаточно, чтобы rang A =rang (A / B).
Теорема о числе решений неоднородной системы: пусть для системы из m уравнений с n неизвестными выполнено условие совместности, т.е. r(A)= r(A / B)= r.
Тогда: если r = n, то система имеет единственное решение.
Если r < n, то система имеет бесконечное множество решений.
При этом (n - r) - неизвестным придают произвольное значение, они называются свободными неизвестными;
r - число базисных неизвестных.
Пример. Решить систему линейных уравнений.
Составим расширенную матрицу:
(A / B)=
Определим ранги r(A) и r(A / B).
r(A) =r(A / B)=3<4, следовательно, система имеет бесконечное множество решений;
n-r =4-3=1 - одна свободная неизвестная.
r = 3 - три базисных неизвестных.
Т.к. r = 3, то выберем ненулевой минор третьего порядка, который назовем базисным минором.
Т.к. в базисный минор входили коэффициенты при х1, х2, х3, то эти неизвестные будут базисными, оставшаяся х4 - свободной.
Перепишем систему в виде:
х1- 2 х2- 3 х3 = 2+5 х4
2 х1+х2+ 4 х3= 3 -х4
3 х1- 3 х2+ 8 х3 =-1+2 х4
Полученная система является крамеровской, т.к. определитель матрицы коэффициентов есть ненулевой минор третьего порядка.
По правилу Крамера выразим х1, х2, х3 через х4.
х1= 30 + 71 х4
х2= -7-15 х4
х3= -14-32 х4
Обозначим х4=С (произвольная константа), тогда общее решение системы имеет вид:
Придавая С различные значения, мы получим бесконечное множество частных решений системы.
|
|
Например, .