Линейная алгебра и аналитическая геометрия. Рабочая тетрадь 5 «Системы линейных уравнений» (90
.pdfБудем исследовать данную систему линейных уравнений методом Гаусса.
Запишем расширенную матрицу и приведем к ступенчатому виду:
1 |
|
1 |
|
|
1 ( 1) ( ) |
1 |
1 |
|
|
1 |
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
||
1 |
|
|
1 |
~ 0 |
|
0 1 ~ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
1 |
1 |
|
1 |
0 |
1 1 |
|
1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
~ 0 |
|
|
0 . |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
0 2 |
|
1 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
Решим квадратное уравнение: 2 2 0 ( 1), 2 2 0,
D 1 4 2 9; |
|
1 3 |
|
1 1, |
, |
|
|
||||
1,2 |
2 |
|
2 2 |
|
|
|
|
|
Подставим вместо найденные значения в последнюю матрицу и запишем систему уравнений:
1) 1
1 |
1 |
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 1 |
1 |
|
1 |
|
ранг основной матрицы равен рангу |
|
|
|
|
|||||||||
|
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
расширенной матрицы и равен 1. Следовательно, будет один главный неизвестный
x1 и 2 параметра: x1 1 x2 x3. |
|
|||||
Система |
линейных уравнений при |
1 имеет бесчисленное множество |
||||
решений: |
1 x2 |
x3; x2; x3 . |
|
|||
2) 2 |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
||||
|
3 |
3 |
|
|
ранг основной |
матрицы равен 2, ранг расширенной |
0 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0 |
0 |
|
3 |
|
|
|
|
|
матрицы равен 3, следовательно, система не имеет решений.
31
3) 1 и 2. Система имеет единственное решение.
|
|
|
|
|
x |
|
|
1 |
, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
x1 x2 x3 1, |
|
|
|
1 |
|
2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
||
1 x |
2 |
1 x 0, |
|
|
x |
2 |
|
|
|
|
|
, |
||
|
|
|||||||||||||
|
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 1 x3 |
1, |
|
x |
1 |
. |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 x1 x2 x3 1,
б) x1 1 x2 x3 ,x1 x2 1 x3 2.
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
32
______________________________________________________________
______________________________________________________________
_____________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
______________________________________________________________
Ответ.
33
|
|
а) |
|
|
|
|
Система |
|
|
имеет |
единственное |
решение |
|||
:x |
|
1 |
|
, x |
|
|
1 |
, |
x |
|
1 |
|
при 1 |
и 2; |
|
|
|
|
|
2 |
|
2 |
|
||||||||
1 |
|
2 |
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|||||
|
Система |
линейных |
уравнений |
имеет |
бесчисленное множество |
решений: |
|||||||||
x1 1 c1 |
c2; |
x2 c1; |
x3 |
c2 , |
c1, c2 R, при 1; |
|
|||||||||
|
Система не имеет решения при 2; |
|
|
б) При 3 0 система имеет единственное решение:
x |
2 2 |
|
; x |
2 1 |
|
; x |
3 2 2 1 |
. |
1 |
3 |
2 |
3 |
3 |
3 |
При 0 и 3 система несовместна.
3 Домашнее задание
Задание 1
Решить систему линейных уравнений по формулам Крамера и методом Гаусса:
x iy 2z 10, |
|
|
x1 |
2x2 |
3x3 |
4x4 |
30, |
||||||
|
x |
2x |
|
3x |
|
4x |
|
10, |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||
а) x y 2iz 20, |
; б) |
1 |
|
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
x2 x3 x4 3, |
|||||||||
ix 3iy (1 i)z 30. |
|
x |
x |
2 |
|
x x |
4 |
10. |
|||||
|
|
|
1 |
|
|
|
3 |
|
|
|
|||
Ответ. а) 3 |
11i, 3 9i,1 7i ; б) 1, 2, |
3, 4 . |
|
Задание 2
Решить системы линейных уравнений тремя способами:
1)по формулам Крамера;
2)с помощью обратной матрицы;
34
3) методом Гаусса.
4x1 3x2 2x3 4, |
5x1 2x2 3x3 2, |
а) 6x1 2x2 3x3 1,; б) 2x1 2x2 5x3 0, |
|
|
|
5x1 3x2 2x3 3. |
3x1 4x2 2x3 10. |
Ответ: а) (1;2; 1); б) (2; 3; 2).
Задание 3
Найдите общее и частное решение системы линейных уравнений.
|
x1 2x2 3x3 4x4 0, |
x1 2x2 x3 4, |
||
а) 2x1 |
|
x3 x4 0, ; б) 3x1 5x2 3x3 1, |
||
|
|
|
x2 x3 2x4 0. |
|
3x1 |
2x1 7x2 x3 8 |
Задание 4
Найдите фундаментальное решение неоднородных системы линейных уравнений:
x1 2x2 x3 x4 1, |
6x1 4x2 5x3 2x4 3x5 1, |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
а) x1 2x2 x3 x4 1,; б) 3x1 |
2x2 |
4x3 x4 |
2x5 3, |
||||||||||||||
x 2x |
|
x |
|
5x |
|
5. |
3x1 2x2 2x3 x4 |
2x |
|
7, |
|||||||
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
|
9x 6x |
2 |
x |
3 |
3x |
4 |
5 |
2. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
Задание 5
Исследовать систему и найти общее решение в зависимости от значения параметра
|
1 x x |
2 |
x 2 3 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 x2 |
x3 3 3 2, |
|
|
|
|
|
|
|
x1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
x2 1 x3 4 3 3. |
|
|
|
|
|
||
|
x1 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
При |
3 0 |
|
система имеет единственное решение: x 2 2 |
; |
x |
2 |
2 1; |
||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
x3 3 2 2 1. |
|
|
|
|
|
||||
При 0общее решение имеет вид: x1 |
x2 x3,где x2,x3 R. |
|
|
|
|
||||
При |
3 общее решение имеет вид: |
x1 x2 x3,где x3 R. |
|
|
|
|
Задание 6
35
|
ax1 bx2 x3 1; |
|||||
Исследовать систему линейных уравнений |
|
abx2 |
x3 |
b; при различных |
||
x1 |
||||||
|
x |
bx |
2 |
ax |
3 |
1. |
|
1 |
|
|
|
значениях параметров a,b.
4 Самостоятельная работа
УРОВЕНЬ 1
Задание 1
Решить систему линейных уравнений с помощью обратной матрицы, по формулам
3x1 4x2 |
|
x3 17, |
||||
Крамера и методом Гаусса: |
2x1 |
x2 |
|
x3 0, |
||
|
2x 3x |
|
5x 8. |
|||
|
2 |
|||||
1 |
|
|
3 |
Задание 2
Исследовать систему линейных уравнений. Указать фундаментальное решение
5x1 6x2 x3 4,
системы линейных уравнений: 3x1 5x2 2x3 3,
2x1 x2 3x3 5.
Задание 3
Исследовать систему линейных уравнений. Указать фундаментальное решение
2x1 3x2 x3 2,
системы линейных уравнений : 3x1 5x2 5x3 3,
5x1 8x2 6x3 5.
36
УРОВЕНЬ 2
Задание 1
Решить систему линейных уравнений с помощью обратной матрицы, по формулам
|
x1 2x2 3x3 3; |
|||
Крамера и методом Гаусса: 2x1 |
6x2 |
9x3 11; |
||
4x |
3x |
2 |
8x 2. |
|
|
1 |
|
3 |
Задание 2
Исследовать систему линейных уравнений. Указать фундаментальное решение
x1 x2 3x3 1;
системы линейных уравнений: 2x1 x2 2x3 1;
x1 x2 x3 3;x1 2x2 3x3 1.
Задание 3
Решить однородную систему уравнений.
|
x1 |
|
3x2 |
|
|||
|
2x |
|
2x |
|
|
|
|
системы линейных уравнений: |
1 |
11x |
2 |
|
|||
|
5x |
2 |
|||||
1 |
|
|
|
|
|||
|
3x |
|
x |
2 |
|
||
|
1 |
|
|
|
|
Указать фундаментальное решение
3x3 |
x4 0; |
x3 3x4 0; 8x3 6x4 0; 5x3 5x4 0.
Задание 4
Исследовать систему линейных уравнений. Указать фундаментальное решение
|
x1 2x2 3x3 x4 1; |
||||||||||||||
|
|
|
2x2 |
|
x3 x4 1; |
||||||||||
|
3x1 |
|
|||||||||||||
системы линейных уравнений: |
2x |
3x |
2 |
x |
3 |
x |
4 |
1; |
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
2x 2x |
2 |
2x |
3 |
x |
4 |
1; |
|||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
5x1 |
5x2 |
2x3 |
2. |
|
|||||||||
|
|
|
37
Задание 5
Исследовать систему линейных уравнений при различных значениях a:
2ax1 23x2 29x3 4;
7x1 ax2 4x3 7;5x1 2x2 ax3 5.
Задание 6
Исследовать систему линейных уравнений при различных значениях a,b:
ax1 2x3 2;
5x1 2x2 1;
x1 2x2 bx3 3.
4 Тест
1 |
Система линейных уравнений |
ax |
x |
|
a, |
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
2 |
|
при a 1 имеет: |
|||||||
|
|
|
x1 |
ax2 |
1. |
|
|
|
|
|||
а) одно решение; |
б) ; |
|
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
г)два решения. |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
(1 i)z1 (1 i)z2 |
1 i, |
||||
Решением системы линейных равнений |
|
|
|
является: |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(1 i)z1 (1 i)z2 1 3i. |
|||||
а) (i;i 1); |
б) (i;i 1); |
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
г) . |
||
3 |
Система линейных уравнений |
3x |
2x |
2 |
6, |
при |
a 1,5 имеет: |
|||||
|
1 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
ax1 |
x2 3. |
|
|
|
|
||||
а) одно решение; |
б) ; |
|
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
г) два решения. |
|
4 |
Решением системы линейных уравнений |
iz (1 i)z |
2 |
2 2i, |
||||||||
1 |
|
|
является: |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2iz1 (3 2i)z2 5 3i. |
||||
а) (2i;i 2); |
б) (2; i 1); |
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
г) . |
||
|
|
|
ax y z 1 |
|
|
|
|
|||||
5 |
Система линейных уравнений |
|
|
|
|
|
|
при a 1,b 1,c 1 имеет: |
||||
x by z b |
x y cz c
38
а) одно решение; |
б) ; |
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
|
|
г) два решения. |
|||
|
|
|
|
|
2z (2 i)z |
|
i, |
является: |
|||||||
6 Решением системы линейных уравнений |
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
(4 2i)z1 5z2 1 2i. |
||||||||||
а) (2i;i 2); |
б) (2; i 1); |
|
|
в) ; |
|
|
|
|
|
|
г) . |
||||
|
|
|
ax y z 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
7 |
Система линейных уравнений x by z bпри a 1,b 1,c 0 имеет: |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x y cz c |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а) одно решение; |
б) ; |
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
|
г)два решения. |
|||
8 |
Решением системы линейных уравнений |
(1 i)z1 3iz2 i, |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
является: |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
2iz1 |
(3 3i)z2 3 i. |
|||||||
а) (i;i 1); |
б) (i;i 1); |
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г) . |
|||||
9 |
Решением системы линейных уравнений |
5x 3x |
2 |
4x 0 |
|||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
3 |
является: |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
6x1 5x2 6x3 0 |
||||||||
а) (1;0; 1); |
б) (1; 2;3); |
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г) ( 2; 6;7). |
|||||
10 |
Решением системы линейных уравнений |
2x |
3x |
|
3, |
|
|||||||||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
является: |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
7x1 5x2 |
16. |
|
||||||
а) (3;1); |
б) (3; 1); |
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г) . |
|||||
11 |
Решением системы линейных уравнений |
x |
|
x |
|
1, |
|
||||||||
|
1 |
|
2 |
|
|
является: |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
x1 x2 1. |
|
|
||||||
а) (1;2); |
б) (3;4); |
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г) . |
|||||
|
|
|
ax y z 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
12 |
Система линейных уравнений |
|
|
|
|
|
|
|
при a 1,b 0,c 1 имеет: |
||||||
x by z b |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x y cz c |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
а) одно решение; |
б) ; |
|
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г)два решения. |
|||
13 |
Система линейных уравнений |
15x |
ax |
|
3, |
имеет множество решений при |
|||||||||
|
1 |
|
2 |
1. |
|||||||||||
|
|
|
5x1 |
10x2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
a |
равном: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а)3; |
б)10; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в)-5; |
г)30. |
39
14 |
Система линейных уравнений |
3x |
|
7x |
|
20, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
|
2 |
|
|
не имеет решения при a равном: |
|||||||||||||||
|
|
|
ax1 |
14x2 |
15. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
а)6; |
|
б)-6; |
|
|
|
|
|
|
|
|
в)-5; |
|
|
|
|
г)0. |
|
|
|
|
||
15 |
Система линейных уравнений |
ax |
x |
|
|
a, |
при a 1 имеет: |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
1 |
|
2 |
1. |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
x1 |
ax2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
а) одно решение; |
б) ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г)два решения. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x y 2z 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
16 |
Решением системы линейных уравнений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
x 2y z 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
является: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2x y z 3 |
|
|
|
|
||||||||
а) (1;1; 1); |
б) (1; 1;1); |
|
|
|
|
|
|
|
в) (2; 1;2); |
|
г) ( |
9 |
; |
3 |
; |
3 |
). |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
4 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|||
17 |
Решением системы линейных уравнений |
|
4x 3x |
2 |
5x 0 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
1 |
|
|
3 |
является: |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8x1 6x2 10x3 2 |
|
|
|
|
||||||||
а) (1;0; 1); |
б) (1; 2;3); |
|
|
|
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г) ( 2; 6;7). |
||||||||
18 |
Решением системы линейных уравнений |
4x 6x |
2 |
5x 0 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
1 |
|
3 |
является: |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6x1 9x2 10x3 0 |
|
|
|
|
||||||||
а) (0;5;6); |
б) (3;2;0); |
|
|
|
|
|
|
|
в) ; |
|
|
|
|
г) (9;6;0) |
|
|
||||||
19 |
Система имеющая решение называется: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
а) определенной; |
б) неопределенной; |
в) совместной; |
г) не совместной |
20 Система не имеющая решение называется: |
|
а) определенной; б) неопределенной; в) совместной; |
г)не совместной |
40