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

1060963_B9CC3_zinenko_s_n_lineinaya_algebra

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
23.02.2015
Размер:
2.22 Mб
Скачать

Теория

Элементарные операции

1) “перестановкаi

j 2) “умножениеα³ k 3) “сложениеi + j

не изменяют характера системы векторов:

линейно независимая (зависимая), полная (неполная) и, как следствие, базисная (небазисная). Из 2), 3) следует, что к любому вектору можно прибавить линейную комбинацию остальных.

Метод Гаусса представляет собой последовательное применение к системе векторовстолбцов (строк) элементарных операций, с целью преобразования ее к “диагональному” виду, в котором соответствующее свойство становится очевидным. Отметим, что для выяснениямногихвопросовдостаточнопроведения“половины” преобразований, приводящих систему к “треугольному” виду (неполный метод Гаусса).

№ 2.1.

Элементарные операции удобней проводить с векторами-строками (напоминает привычное сложение/вычитание целых чисел в столбик). Поэтому развернем векторы-столбцы в строки и составим из них матрицу. Метод Гаусса (неполный) позволяет привести матрицу с помощью элементарных операций над строками к “треугольному” виду.

Если в процессе преобразований появится нулевой вектор, то преобразованная система (вместе с исходной) линейно зависима. При этом на соответствующем месте в исходной матрице стоял вектор, являющийся некоторой линейной комбинацией остальных.

Если нулевой строки не появится, то придем к “треугольной” системе векторов, являющейся линейно независимой вместе с данной.

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

a

1

=

1 ,

a

2

= 2

,

a

=

4

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

3

 

 

3

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a1

1 1 3

1

 

~ a2

 

a

1

= a1

 

A = a2

1 2 3

3

 

a

1

= a2

 

 

 

a

 

1 4 3

7

 

 

 

a

a

1

= a

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

3

 

a3 = a3 3a2 = (a3 a1 )3(a2 a1 )= 0

Замечание. Проверим

 

 

a

1

 

 

1

1

3

1

A = a2

 

= 1

2

3

3

 

 

a

3

 

 

1

4

3

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

3 1

~

a1

= a1 1

1

3 1

 

0

1

0

2

a2

= a2 0

1

0

2

= A

0

3 0

6

 

 

0

0 0

0

 

 

 

 

 

 

 

a3 3a2 = a3

 

 

 

 

 

2a1 3a2 + a3 = 0 ( a3 = −2a1 + 3a2 )

 

 

 

 

 

1

1

1

2

1

3

1

+1

1

0

 

2a

1

3a

2

+1a

= 2 1

3 2

+1 4

=

2

1

3

2

+1

4

=

0

= 0

 

 

3

 

3

 

 

3

 

 

3

 

2

3

3

3

+1

3

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

 

7

 

 

2

1 3 3 +1 7

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 2.2.

Линейной оболочкой векторов {a }={a1, ... , ak , ... , am } называется множество всех линейных комбинаций

L = Lin{a1, ... , ak , ... , am

Линейная оболочка Lin{a1, ... , ak , ... , am } векторов, очевидно, полна в нем (а если и

m

}={b = αk a k } En

k =1

- подпространство в En , а сама система

линейно независима, то образует базис)

11

Для нахождения базиса и размерности линейной оболочки L системы векторов, построим матрицу, строками которой являются векторы данной системы. С помощью метода Гаусса (неполного) приведем матрицу к “треугольному” виду.

Если в процессе преобразований будут появляться нулевые векторы, то удаляем их

(“пропалываем лишние”)

В конечном итоге придем к “треугольной” подсистеме векторов, являющейся с одной стороны полной вместе с данной системой, но уже линейно независимой, а значит, образующей базис в L . Строки, стоящие в исходной матрице на соответствующих местах, образуют базис в L , а их число (т.е. число ненулевых строк в преобразованной матрице) равно dim L .

№ 2.2. a.

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

1

 

 

a1

 

 

 

 

1 1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

=

1

,

 

a

 

=

 

3 ,

 

 

 

a

= 6

,

a

 

=

 

 

0

A = a2

 

=

 

 

2 3

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

8

 

 

 

a

 

 

 

 

 

5 6 4 2

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

a3

 

 

 

 

 

1 0

8

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1

 

 

1 1

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1

2

1 a1

 

 

A =

a

 

 

2 3

2

1

 

 

 

~

 

 

 

0 1

 

6

3

 

~

 

 

 

 

 

 

 

±0 1

6 3 a

= A

a2

 

5 6 4 2

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

6

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 0 0

a2

 

 

 

a3

 

 

1 0

8

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

6

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0 0 0

a3

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

В

 

 

преобразованной

 

методом

Гаусса

матрице

A~ A

 

строки

 

a1, a2 , образуя

“треугольную” систему,

 

линейно независимы, а строки

a3 = a4 = 0 .

Следовательно,

соответствующие строки a1, a 2 исходной матрицы линейно независимы,

а строки a3 , a4

являются некоторыми их линейными комбинациями (см. № 2.1.), так что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L =Lin{a1, a2 , a3, a4 }=Lin{a1, a2 , a3 =0, a4 =0 }=Lin{a1, a2 }=Lin{a1, a2 }

 

dim L=2

причем система { a1, a2 } образует базис.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 2.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сумма двух подпространств, заданных как линейные оболочки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L1= Lin{a1,

a2 , ...},

 

 

L2 = Lin{b1,

b2 , ... }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

является линейной оболочкой объединенной системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = L1 + L2 = Lin{{a1, a2

, ...} {b1,

b2

, ... }}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

1 1 ±2 1 1

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

=

 

 

2

,

a

 

=

 

 

7

,

 

b

 

=

 

7

,

b

 

 

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

A =a

2

 

 

2 1 7

 

3

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

2

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

1

 

 

1 1 7 2

±2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

2 3 2

6

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

1

1

1 2

1

1

 

 

 

1 1 2

 

1 1

 

1 1 2

1 1

 

 

1 1 ±2

1 1 a

1

 

A =

a

2

2

1 7

3

2

~

0 1 3

 

1 0

~

0 1 3

1 0

~

0 1 3

1 0 a

2

= A

 

 

1 1 7 2 2

 

 

0 2 5 3 3

 

 

0 0 1 5 3

 

 

0 0 1 5 3

b1

 

 

 

b1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

2

 

2

3 2

6

5

 

 

 

 

 

0

1 2

4

3

 

 

 

0 0 1

5

3

 

 

 

 

0 0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b2

 

12

В преобразованной методом Гаусса матрице

A~ A

строки

a1,

a 2 , b1 , образуя

“треугольную” систему, линейно независимы,

а

строка

b2 = 0 .

Следовательно,

соответствующие строки a1, a 2

, b1 исходной матрицы линейно независимы, а строка b2 ,

является некоторой их линейной комбинацией (см. № 2.1.), так что

 

L = Lin{a1, a 2 , b1, b2 }= Lin{a1, a 2 , b1, b2 = 0

}= Lin{a1, a 2 , b1 }= Lin{a1, a 2 , b1 }

причем

система {a1, a 2 , b1}

образует базис

в

“объединенной” линейной оболочке

векторов

Lin{a1, a 2 , b1, b2 },

в которой вектор

b2

“лишний”. Итак,

dim (L1 +L2 ) =3

№ 2.4.

Разобьем матрицу A размерности m×n

- на m строк p1, ... , pi , ... , pm Rn “длины”

-на n столбцов q1, ... , q j , ... , qn Rm “высоты”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q1

p1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a11

 

a11

...

a1 j

...

a1n

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A = p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

a

 

 

a

i1

...

a

i j

...

a

i n

 

i1

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

a

 

 

...

a

m j

...

a

 

 

 

 

 

a

 

 

 

 

m 1

 

 

 

 

m n

 

m 1

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

...

q j

...

qn

 

...

a1 j

...

a1n

 

 

 

 

 

 

 

...

ai j

...

ai n

 

 

 

 

a

 

 

...

a

 

...

 

 

 

 

m j

 

 

m n

 

 

 

 

 

 

Рангом (строчным / столбцевым) матрицы A называется максимальное число линейно независимых строк / столбцов, т.е. размерность линейных оболочек строк / столбцов.

Теорема

dim Lin{ p1, ... , pi , ... , pm }= dim Lin{q1, ... , q j , ... , qn }

Общее значение размерностей называется просто рангом матрицы rang A .

Для нахождения ранга матрицы, приведем ее методом Гаусса (неполному) с помощью элементарных операций над строками к “треугольному” виду. Число оставшихся

ненулевых строк равно dim Lin{ p1, ... , pi , ... , pm }= rang A , а сами строки (точнее

строки, стоявшие в A на соответствующих местах) являются базисными. Базисные столбцы - это столбцы “треугольного” блока (точнее столбцы, стоящие в A на соответствующих местах).

 

 

q1 q2 q3 q4 q5 q6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p1

 

1 3 2 2 3 1

1 3 2 2 3 1

 

1 3 2 2 3 1 p1

p

 

2 6 4

4 6

2

0 0 0 0 0 0

~

 

0 0 0 0 0 0

p

A = p2

 

1 3

1 1 3

1

~

 

0 0 1

1 0 2

 

 

0 0 1

1 0

2

p2 = A

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

p

 

2 6 3 3 6 0

 

 

0 0 1 1 0 2

 

 

 

0 0 0 0 0 0

p

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

q q q

 

q q

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

5

6

В преобразованной методом Гаусса матрице A~ A строки

p1, p3 и столбцы q1, q3 ,

образуя “треугольные” системы, линейно независимы, а строки

p2 , p4

(= 0)

и столбцы

q2 , q4 ,

 

q5 , q6

являются некоторыми их

линейными

комбинациями.

 

Следовательно,

соответствующие

строки

p1,

p3

и столбцы q1,

q3

исходной

матрицы

линейно

независимы, а

строки

p2 ,

p4

и

столбцы

q2 , q4 ,

q5

, q 6

являются

некоторыми их

линейными комбинациями, так что

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rang A = 2 , базисные строки и столбцы - { p1,

p3 }

и { q1,

q3 }

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.СИСТЕМЫ ЛИНЕЙНЫХ УРАВНЕНИЙ. МЕТОД ГАУССА

3.1. Найти решение систем с 2мя неизвестными и дать геометрическую интерпретацию.

a.

x 2 y =1

b.

x 2 y = 1

c.

x 2 y = 1

2x

3y =3

2x 4 y =2

2x 4 y =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a.

x 3y =−2

b.

 

x 3y =−2

c.

 

x 3y =−2

2x

5y =−3

 

2x +6 y = 4

 

2x +6 y = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 3.2.

Найти решение систем с 3мя неизвестными и дать геометрическую интерпретацию.

 

x 2 y + 3z = 2

 

x 2 y + 3z =2

 

a.

2x 3y +4z =

4 b. 2x

3y +

4z =4

 

 

2x + y 7z =−11

x

y +

z =2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +3y z = 4

 

x + 3y z = 4

a.

2x 5y

=−11 b.

2x 5y

=−11

 

2x +8y

5z =

4

x +2 y + z =

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 y +3z = 2

 

x 2 y + 3z =2

c.

2x 4 y +6z = 4 d. 2x

3y

+

4z =

4

 

3x +6 y 9z =−6

x

 

y

+

z =

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x +3y z = 4

 

 

 

x + 3y z = 4

c.

2x 6 y +

2z =−8

d.

2x

5y

=−11

 

3x +9 y

3z =12

 

 

 

x

+

2 y

+ z =

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ 3.3.

Найти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- общее решение xoo

однородной системы m линейных уравнений с n неизвестными

- ранг rang

A матрицы системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- базис и размерность подпространства решений L0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- проверить справедливость равенства

 

 

dim L0

= n rang A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x + x + x 2x =0

 

x1

+ x2

2x3

3x4 x5

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a.

 

x1+2x2

+4x3

5x4

=0 b.

3x1

2x2

+

6x4

10x5

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x1

 

2

+4x3

2x4

=0

 

2x1

+

2x2

8x3

6x4

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

3

 

4

 

 

3x

1

+

3x

 

 

 

9x

 

3x

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 3x +4x +5x =0

x 2x +3x +2x + 6x =0

2x1

x2

2x3

+2x4

3x5

=0

a. 2x1

5x2

+7x3

+8x4

=0 b. 2x1

3x2

+6x3

+

4x4

+10x5

=0 c.

 

x1

2x2

4x3

+4x4

3x5

=0

 

x1

x2

+2x3

+

x4

=0

 

x1

 

x2

+3x3

+

2x4

+

4x5

=0

 

3x1

3x2

6x3

+6x4

 

 

=0

 

 

1

 

2

 

3

 

 

4

 

 

 

1

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

4

 

 

 

5

 

 

 

 

 

x

x

2x

+2x

 

2x =0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

3

 

 

4

 

5

 

№ 3.4.

Найти

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- общее решение x

неоднородной системы m линейных уравнений с n неизвестными

- ранги rang

A и rang A-

матрицы и расширенной матрицы системы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- базисиразмерностьподпространстварешений L0 соответствующей однороднойсистемы

- общее решение xoo

соответствующей однородной системы линейных уравнений

 

 

- частное решение xчн

данной неоднородной системы линейных уравнений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

2x2

4x3

+4x4

=3

 

x1+ x2

3x3

4x4

+4x5

= 2

 

3x1

+7x2

+16x3

9x4

= −6

 

 

 

2x1

2x2

8x3

2x4

= −4

a.

x1

x2

2x3

+

2x4

=2 b. 3x1

2x2

+

x3

+3x4

+2x5

=

 

6 c. 2x1

+ x2

+

7x3

+

5x4

=

7

 

2x

1

x

2x

+

2x

=3

 

x

 

+

x

 

x

2x

 

 

 

=−2

 

 

x

+2x

+

5x

2x

= −1

 

 

 

2

 

3

 

 

4

 

 

 

1

 

 

2

 

 

3

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1+2x2 x3 10x4 =−11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

x +4x 4x = 2

2x1

+3x2 +7x3

+ 3x4

13x5

=−1 x1

3x2

+3x3

+8x4

= 7

 

a.

2x1

x2

+6x3

7x4

= 4 b.

x1

+2x2

+ x3

+

9x4

4x5

=−3 c.

x1

2x2

+6x3

+9x4

=

1

 

 

x1

2x2

+2x3

+ x4

=−2

 

x1

x2

6x4

+

x5

=

2

 

x1

+2x2

5x3

8x4

=−2

 

 

 

1

 

2

 

3

 

 

4

 

 

 

3x

 

+2x

 

4x

+15x

 

 

 

 

=−5

 

2x

1

+2x

+

x

5x

=−5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

3

 

 

 

4

 

 

 

 

14

№ 3.1.

Каждое уравнение в системе двух уравнений с двумя неизвестными можно интерпретировать, как уравнение прямой на плоскости, а решение системы, как множество общих точек двух прямых. Возможны следующие ситуации:

1.единственное решение – точка (прямые пересекаются)

2.бесконечно много решений – прямая (прямые совпадают)

3.решений нет (прямые параллельны)

3.1. a.

Любая система уравнений может быть решена обычным методом исключения переменных

 

x 2 y = 1

~

 

x

= 1 + 2 y

~

 

x

= 1 + 2 y

~

x

=1 + 2 y

~

x = 3

2x 3y = 3

2x

3y = 3

 

2(1 + 2 y )3y = 3

 

y =1

y = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

равносильного соответствующим линейным операциям над уравнениями (прямыми)

 

x 2 y =1

l

1x 2 y =1

~ l

 

l

= l

1x 2 y =1

 

l

+ 2l

= l

1x +0 y =3

 

x =3

2x 3y =3

~ l21

2x 3y =3

2

2l1 = l

1

0x + 1y =1

~

1

2

1

0x + 1y =1

~

y =1

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

l

= l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

что в свою очередь эквивалентно аналогичным линейным операциям над строками расширенной матрицы системы

x 2 y =1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x 3y

=

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

1

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

l

 

= l

 

1 2

 

1

 

l

 

+ 2l

 

= l

 

 

 

 

 

3

 

 

~

 

 

 

 

 

 

~

 

 

 

1 ±0

 

l1

l 1

 

2 3

 

 

±3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

±0 1

 

 

±1

 

1

 

2

 

1

 

0 1

 

 

±1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l 2

2l1

= l

2

 

 

 

 

 

 

 

 

l 2 = l 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 //r0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

=3

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

l2

 

 

y =1

 

y

 

=

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Замечание. Прямые l1, l 2

 

 

 

 

пересекаются l1 ×l 2 ={ r0

} в точке - решение единственно.

№ 3.1. b.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 y = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

4 y

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1 = l2 =

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

1 ~

1

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

±2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 1 +2 y 1

//

//

 

 

 

 

 

 

 

r0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

=

 

 

 

 

 

1y

= 0

 

+ y 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x =1 + 2 y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Прямые l1, l 2

 

 

 

 

совпадают l1 l 2 = l ={ r0 + y p } - решений бесконечно много.

№ 3.1. c.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 y = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

4 y

=

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l1 l 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

1

~

1

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4

 

±0

 

±0 0

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x 2 y =

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ≠−2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Прямые l1, l 2

 

 

 

 

параллельны l1 l 2

- решений нет.

 

 

 

 

 

 

15

№ 3.2.

Каждое уравнение в системе трех уравнений с тремя неизвестными можно интерпретировать, как уравнение плоскости в пространстве, а решение системы, как множество общих точек трех плоскостей. Возможны следующие ситуации:

1.единственное решение - точка (плоскости пересекаются в одной точке)

2.бесконечно много решений:

-прямая - если плоскости пересекаются по прямой

-плоскость - если совпадают

3.решений нет:

-плоскости параллельны

-одна плоскость параллельна линии пересечения двух других

3.2. a.

x 2 y + 3z =

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

3y +

4z =

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

+

 

y

7z =−11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s1

1 2 3

 

 

2

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

2

 

 

2

3

 

4

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

 

 

2 1

7

 

11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

 

s

1

 

= s

1

 

 

 

 

1 2

 

3

 

 

 

2

 

~

 

 

 

 

 

r0

 

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2s

 

=s

 

 

 

 

 

0 12

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

s

2

+

2s

1

 

= s

2

 

 

 

 

0

3

1

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

3

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

+2s

= s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 1

 

 

2

 

~

 

 

 

 

 

2

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

s2

=s

 

1

 

 

 

 

 

0 1

2

 

 

0

 

(

 

)

 

 

0 1 2

 

0

s

 

+

3s2

= s

2

 

 

 

 

 

0 0

7

 

7

 

 

s3 s3

7

s3

 

±0 0 1

 

1

 

 

3

 

 

2

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s1

+ s3

= s1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 0 0

 

±

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

 

+

2s

 

 

=s

 

 

 

 

 

 

 

0 1 0

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

0 0

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s3

= s3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

//r0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

=3

 

 

 

x

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

=

2

 

 

 

y

= 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z =

 

1

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s3 пересекаются s1 ×s 2 =l×s3 ={ r0 }

 

 

Замечание. Плоскости s1,

s 2

,

в одной точке.

№ 3.2. b.

x 2 y + 3z =2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

3y +4z

=

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

y +

 

z

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

p

1 2 3

2

~

 

1 2 3

2

~

 

1 ±0

1

 

2

 

 

 

2

3 4

 

±4

 

±0 1

2

±0

 

 

0 1

2

 

±0

 

 

 

 

1

1 1

2

 

 

 

0 1

2

0

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 + 1z

 

±2 //r0

 

1

p

 

x

 

 

=2 +

 

z

 

 

 

 

//

 

 

 

 

 

 

y

=

 

2z =

0 + z

±2

 

 

 

 

y =

2z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

1z

 

 

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Плоскости s1, s 2

, s3

пересекаются s1 ×s 2 =l ={ r0 +z p

s1

s2

l

s3

} s3 по одной прямой.

16

№ 3.2. c.

 

x

2 y

+ 3z

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

4 y

+

6z

=

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

3x

+

6 y

 

9z

= −6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s1 =s2 =s3 =s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

1 2 3

 

2

 

~

 

1 2 3

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

4 6

 

 

 

±4

 

 

0 0 0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 6

9

 

 

 

6

 

 

 

 

0 0 0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r0

 

p

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 +2 y 3z

 

 

 

2 //

±2

// 3 //

 

=2 +2 y 3z

 

 

y

=

1y

 

= 0

 

+ y 1

+ z 0

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

1z

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Плоскости s1,

s2 ,

s3

совпадают s1 =s2 =s3 =s ={ r0 + y p +z q }.

№ 3.2. d.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

2 y

+

3z

=

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s2

2x

3y

+

4z

=

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

y

+

 

 

z

=

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s3

 

 

 

2 3

 

 

 

 

 

 

1 2 3

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

1

2

 

~

2

~

 

 

1 ±0

 

2

 

 

 

 

2

3 4

4

 

 

±0 1

2

±0

 

 

 

0 1

 

2

0

 

 

 

 

1

1 1

3

 

 

 

0 1

2

1

 

 

 

±0

±0

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

=2

+

 

 

 

z

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y =

 

 

 

2z

 

 

 

y

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Плоскость s3 параллельна линии пересечения плоскостей s1, s2 : s1 ×s2 =l s3

№ 3.3.

Для решения однородной системы m

уравнений с

n неизвестными, применим метод

Гаусса (полный) и приведем матрицу A системы к “единичному” виду

 

 

 

 

1

0

*

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A ~

 

Ir

 

 

0

1

*

 

 

*

=

*

 

 

0

0

 

0

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

 

 

 

 

 

 

0

Восстанавливая по преобразованной матрице систему линейных однородных уравнений, выразим первые r переменных линейно через остальные (n r) . Отсюда следует, что множество решений L0 образует подпространство и dim L0 = n r . Учитывая, что rang A = r , получим dim L0 = n rang A .

Базис в пространстве решений называется фундаментальной системой решений.

17

№ 3.3. a.

x1

+

x2

+ x3

2x4

= 0

 

x1

+

2x2

+

4x3

5x4

= 0

 

2x

1

 

 

+

4x

2x

= 0

 

 

 

 

 

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2 1

 

1 1 1

2

~

1 1 1

~

 

 

1 0

 

 

1 2 ±4

5

 

0 1 3

3

 

 

0 ±1

3

3

 

 

2 0 4

2

 

 

±0 2 6

6

 

 

 

 

 

0 0

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

2x3

1x4

 

 

 

 

±2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

x

 

=

2x3

x4

 

x2

 

=

 

3x3

+3x4

 

= x

 

3

+ x

 

 

 

=−3x

+

3x

 

x

 

 

 

1x

 

1x

 

3

 

1

 

4

 

 

2

 

 

3

 

4

 

 

x3

 

 

 

3

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

\\

 

 

Замечание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

- rang

A = 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xоо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-

L0

=

Lin{e3, e4 }

 

 

2

 

 

4

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

//

L0 =

 

//

 

//

A

 

 

 

 

- имеет место равенство

dim

 

n

rang

 

 

 

 

- уравнение u3 - “лишнее”

№ 3.3. b.

 

x1

+

x2

2x3

3x4 x5

= 0

 

 

 

 

 

 

3x1

2x2

+ 6x4

 

10x5

= 0

 

 

 

 

 

 

2x1

+

2x2

8x3

6x4

= 0

 

 

 

 

 

 

3x

1

+

3x

 

 

9x

3x

= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

4

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 0 3 1

 

 

 

1 1 0

3

1

 

 

 

3 2

2 6

 

0

~

 

±0 1 2

3

3

~

 

 

2 2 8

6

10

 

 

0 4 8 12

12

 

 

 

 

 

 

3 3 0 9

3

 

 

 

 

0 ±0 0 0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1±301

\\

e4

 

1

0

 

2

0

2

 

0

1

 

2

3 3

 

0

0

 

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

x1

 

 

=−2x3

 

2x5

 

 

x

x

 

+3x

 

x2

 

 

=

2x

+ 3x

 

 

3

 

2

 

3

4

5

 

x4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

Замечание.

 

 

 

 

 

- rang

A = 2

 

 

 

 

 

- L0

=

Lin{e3

, e4 , e5 }

 

3

 

 

 

//

 

- имеет место равенство

dim L0

=

- уравнения u3 , u4 - “лишние”

 

 

2x3

+0x4

2x5

 

 

2

 

 

0

 

 

2

 

=

2x3

+3x4

+ 3x5

 

= x

2

+ x

 

±3

+ x

 

±3

 

 

1x

 

 

 

 

1

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

3

1x4

1x

 

3

 

0

 

4

 

1

 

5

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

\\

 

 

 

\\

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e3

 

 

e4

 

 

e5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\xоо

 

 

 

 

 

5

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

//

 

 

//

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

rang A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

№ 3.4.

Для решения неоднородной системы m уравнений с-n неизвестными, применим метод

Гаусса (полный) и приведем расширенную матрицу A

системы к “единичному” виду

 

 

 

 

 

 

1

0

*

*

*

A- =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ir

 

 

 

1 *

 

 

A | b ~

 

* *

=

0

* *

 

 

 

0

 

 

0

0

0

0 *

 

 

 

0 *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

0

0

 

 

 

 

 

 

 

*

Если последние (m r ) строк преобразованной расширенной матрицы нулевые (включая свободные слагаемые), I то удаляем их (тем самым находим “лишние” уравнения и “пропалываем”). В этом случае система совместна (имеет решение) rang A = rang A- = r .

Восстанавливая по преобразованной расширенной матрице систему линейных неоднородных уравнений, выразим первые r переменных линейно через остальные (n r) переменных и свободные слагаемые. Отсюда следует, что общее решение xон неоднородной системы имеет вид

xон = xчн + xоо

где xоо - общее решение соответствующей однородной системы, а xчн - некоторое фиксированное (частное) решение данной неоднородной системы.

Если в преобразованной расширенной матрице среди последних (m r ) свободных слагаемых хотя бы одно отлично от нуля, система не совместна (не имеет решений) rang A rang A-.

3.4. a.

x1

2x2

4x3

+4x4

=3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

x2

2x3

+2x4

=2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2x

1

x

2x

+2x

=3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 4 4

 

3

 

 

±12 4 ±4

 

3

 

 

 

 

0 0

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

 

~

1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1

2 2

 

±2

 

 

0 1 2

2

 

 

 

1

 

 

 

0 ±1

2

2

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

2

1

2 2

 

3

 

 

 

0 3 6

6

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

0

 

 

0

x1

 

 

x

=

1

2x +

2x

 

x2

 

=

 

1

2x3 +2x4

 

=

1

 

+ x

 

2

+ x

 

±2

 

 

 

 

=−1

 

 

x

 

 

 

 

1x

1x

 

 

0

 

 

3

 

1

 

4

 

0

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

3

 

4

 

 

 

x3

 

 

 

 

3

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

\\

 

 

\\

e3

e4

 

 

xчн

 

\\

Замечание.

 

 

 

xoo

-

 

\\xон

 

 

= 2

 

- rang A = rang A

 

 

- L0 = Lin{e3, e4 }

dim L0 = 2

 

 

- уравнение u3 - “лишнее”

19

№ 3.4. b.

 

x1

+

x2

3x3

4x4

+4x5

= 2

 

3x1

2x2

+

x3

+ 3x4

+2x5

= 6

 

x

1

+

x

x

2x

 

=−2

 

 

 

2

 

3

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 134 4

 

2

 

+1 1 3 4 4

 

2

 

 

 

 

1 12

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

~

 

~

+1 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2 1 3 2

 

 

 

±6

 

0

5 10 15

10

 

0

 

0

+1

2 3 2

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 12 0

 

 

 

2

 

 

0 2

4

6 4

 

0

 

 

 

 

0 0 0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

21x3

1x4

+2x5

 

2

 

1

 

1

 

 

2

x1

=−2

x3

x4

+2x5

 

x

 

 

 

 

2x

+3x

2x

 

 

0

+x

2

+x

3

+x

 

2

 

x2

 

=

 

1x3

 

4

5

 

=

0

 

 

1

 

 

0

 

 

0

 

 

 

x =

2x

+

3x

2x

 

 

 

3

 

 

 

3

 

1x

 

 

 

 

 

0

 

3

 

0

 

4

 

1

 

5

 

0

 

 

 

2

3

 

 

 

4

5

 

 

x

 

 

 

 

1x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x4

 

 

 

 

 

 

4

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

\\

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

e3

 

 

e4

 

 

e5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание.

- rang A = rang A- = 2

- L0 = Lin{e3, e4 , e5 } dim L0 = 3 - уравнение u3 - “лишнее”

№ 3.4. c.

 

 

3x1

+

7x2

+ 16x3

9x4

= −6

 

 

 

 

 

 

 

2x1

2x2

8x3

2x4

= −4

 

 

 

 

 

 

2x1

+

x2

+

 

 

7x3

+

5x4

=

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

+

2x2

+

 

 

5x3

2x4

= −1

 

 

 

 

 

 

 

x1

+ 2x2 x3

10x4

= −11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 7 16 9

 

6

 

0 1 1 3

 

3

 

 

 

 

 

2

2 8

2

 

 

4

~

 

0 2 2

6

 

6

 

 

2 1 7 5

 

 

7

 

 

0

3

3 9

 

9

 

 

 

1 2 5

2

 

 

1

 

 

 

±1 2 5

2

 

1

 

 

1 2 1 10

 

11

 

 

 

0 4 4 12

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

= −3

x

+ 3x

 

x1

 

 

53x3

4x4

 

 

 

 

x

 

31x

+3x

 

x

 

2

=

5

3x3

4x4

x2

=

 

1x3

4

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

4

 

 

x3

 

 

3

1x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

4

 

xчн

\\

 

xoo

 

\\

 

xон

 

 

 

 

 

0

 

 

1

1 3

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

0

 

0

 

 

0

 

~

 

 

 

0

 

 

0

0

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

0

3

 

4

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

0

0

 

0

 

 

0

 

 

5

 

 

 

 

3

 

 

 

4

=

3

+ x

 

1

+

x

 

3

 

0

 

 

 

3

 

1

 

 

4

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

\\

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

e3

 

 

 

 

e4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xчн

\\

Замечание.

-

 

xoo

 

\\x

 

= 2

- rang A = rang A

 

- L0 = Lin{e3, e4 } dim L0 = 2 - уравнения u2 , u3 , u5 - “лишние”

20

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]