独创多元高次方程组快速消元法
摘要：
以前，对于高于二次的多元方程组消元，往往采取反复辗转方程式的办法进行，因此，不断出现分母，方程要去分母合并就要二边同乘以含未知数的多项式。这样，就可能使方程也许乘上零的使原方程不相等，也变成相等。为尽量减少这一现象的出现，我发现了另一种方法效果更好一些。
关健词：多元；高次方程组；消元
发现判别定理
由于这种方法关系到一个新定理问题，在此必须介绍一下这个新定理。就是指二个一元高次方程，在系数有什么关系时，必然存在相同的根。
例如：x3＋ax2＋bx＋c=0和方程x2＋mx＋n=0之间，a, b, c 与m, n 有何种关系时，二方程之间必有节公共根呢。
假设方程x2＋mx＋n=0的二个根分别为x1 ，x2如果二个方程之间有公共等根存在，则将
x1 ，x2分别代入方程x3＋ax2＋bx＋c=0必有：
（x13＋ax12＋bx1＋c）（x23＋ax22＋bx2＋c）=0
很明显，上面任何一个因式等于零，二方程都存在公共解。
同时上式x1：x2 对换位置等式左边总值不变，符合初等对称多项式原理。x1：x2 必可用方程系数m, n代换掉。展开上式整理变成；
x13x23＋a（x13x22＋x12x23）＋b（x13x2＋x1x23）＋c（x13＋x23）＋a2（x12x22）＋ab（x12x2＋x1x22）＋ac（x12＋x22）＋b2（x1x2）＋bc（x1＋x2）＋c2=0 ；
根据韦达定理根与系数有如下关系：
（x1＋x2）=－m ，x1x2 =n ，又可推出：
（x12＋x22）=（x1＋x2）2－2x1x2 =（－m2）－2n=m2－2n ；
（x12x2＋x1x22）=x1x2 （x1＋x2）=－mn ；
（x12x22）=n2；
（x13＋x23）=（x1＋x2）3－3x1x2（x1＋x2）=－m3＋3mn ；
（x13x2＋x1x23）=x1x2 （x12＋x22）=n（m2－2n ）=m2n －2n2；
（x13x22＋x12x23）=（x12x22）（x1＋x2）=－mn2；
x13x23=n3；
将以上等量代换至展开式变成：
n3＋a（－mn2）＋b（m2n －2n2）＋c（－m3＋3mn ）＋a2（n2）＋ab（－mn）＋ac（m 2－2n ）＋b2（n）＋bc（－m）＋c2=0 ；
这就是关于方程x3＋ax2＋bx＋c=0和方程x2＋mx＋n=0是否有公共根的判别式。
现在我们再来论证一下，如果方程x3＋ax2＋bx＋c=0和方程x2＋mx＋n=0的系数存在n3＋a（－mn2）＋b（m2n －2n2）＋c（－m3＋3mn ）＋a2（n2）＋ab（－mn）＋ac（m 2－2n ）＋b2（n）＋bc（－m）＋c2=0的函数关系时，二个方程间必存在公共等根的问题。论证过程如下：
假设二个方程系数之间确实存在上术关系却没有相等的根，说明将方程x2＋mx＋n=0的二个根x1 ，x2分别代入方程x3＋ax2＋bx＋c=0的左边都应当得出如下不等式：
（x13＋ax12＋bx1＋c）（x23＋ax22＋bx2＋c）≠0
根据牛顿对称性定理，它必然只能化成如下结果，展开变成：
x13x23＋a（x13x22＋x12x23）＋b（x13x2＋x1x23）＋c（x13＋x23）＋a2（x12x22）＋ab（x12x2＋x1x22）＋ac（x12＋x22）＋b2（x1x2）＋bc（x1＋x2）＋c2≠0 ；
根据韦达定理根与系数有如下关系：
（x1＋x2）=－m ；x1x2 =n ；又可推出：
（x12＋x22）=（x1＋x2）2－2x1x2 =（－m2）－2n=m2－2n ；
（x12x2＋x1x22）=x1x2 （x1＋x2）=－mn ；
（x12x22）=n2；
（x13＋x23）=（x1＋x2）3－3x1x2（x1＋x2）=－m3＋3mn；
（x13x2＋x1x23）=x1x2 （x12＋x22）=n（m2－2n ）=m2n －2n2；
（x13x22＋x12x23）=（x12x22）（x1＋x2）=－mn2；
x13x23=n3；
将以上等量代换至展开式变成：
n3＋a（－mn2）＋b（m2n －2n2）＋c（－m3＋3mn ）＋a2（n2）＋ab（－mn）＋ac（m 2－2n ）＋b2（n）＋bc（－m）＋c2≠0 ，
这一必然结果却和前题假设相矛盾。说明假设不成立。而判别定理成立。
同样的道理，任意二个一元高次方程，把一个方程的所有根代入到另一方程，每个根代入情况做一个因式，所有N个因式相乗，如果等于零则二个方程必有公共解。如果所有N 个因式相乗不等于零。则没有公共相等解。而所有N个因式相乗，这是一个关于所有关于X 的初等对称多项式，x1与x2对换位置其值不变.因为根据初等对称性多项式原理可知，所有
的根的对称性群都能必然可化成方程的系数来表示，由于方程系数是已知数即定值，由必然性唯一性可知，完全能推算出判别二方程是否存在公共解的判别式来。
利用新定理消元的介绍
由于在我以前论文《发现二个数学新定理》中介绍了公共解方程判别定理，在此省略重复推导和证明，现在我以实例来说明这一方法的可行性。比如我们要将方程组：
x3＋yx2＋Bxy＋y2 =0………(1式)
x2＋Mxy＋N y3=0………(2式) (方程组中B、M、N是已知数，x 、y是未知数)
若对上面方程进行消元，则可利用公共解方程判别定理来做。
由于公共解方程判别定理可知，若一元三次方程x3＋ax2＋bx＋c=0与一元二次方程x2＋mx ＋n=0的系数存在关系式（x为未知数，a、 b、 c、 m 、n均为已知数）
n3＋a（－mn2）＋b（m2n －2n2）＋c（－m3＋3mn ）＋a2（n2）＋ab（－mn）＋ac（m 2－2n ）＋b2（n）＋bc（－m）＋c2=0 ；时，
则方程x3＋ax2＋bx＋c=0与一元二次方程x2＋mx＋n=0必有公共解。
对照方程组中的：
x3＋yx2＋Bxy＋y2 =0………(1式)
x2＋Mxy＋N y3=0………(2式) (方程组中B、M、N是已知数，x 、y是未知数)
与判别定理中的
方程x3＋ax2＋bx＋c=0与一元二次方程x2＋mx＋n=0
我们可以把方程组中的y、 By、 y2、My、 Ny3分别对应地当成判别式中的a 、b、c、m、n代入判别式n3＋a（－mn2）＋b（m2n －2n2）＋c（－m3＋3mn ）＋a2（n2）＋ab（－mn）＋ac（m 2－2n ）＋b2（n）＋bc（－m）＋c2=0中，结果生成只含一个未知数y的方程式，取到消元作用，而用辗转的办法，由于中间过程存在去分母这一程序比用判别式法更易产生增根。所以用判别定理消元效果更好。
高斯列主元消元法解线性方程组 一、题目：用Gauss 列主元消去法解线性方程组Ax b =，其中， A=17.031 -0.615 -2.991 1.007 -1.006 0.000-1.000 34.211 -1.000 -2.100 0.300 -1.7000.000 0.500 13.000 -0.500 1.000 -1.5004.501 3.110 -3.907 -61.705 12.170 8.9990.101 -8.012 -0.017 -0.910 4.918 0.1001.000 2.000 3.000 4.500 5.000 21.803?? ? ? ? ? ? ? ? ??? 0.230 -52.322 54.000 240.236 29.304 -117.818b ?? ? ? ?= ? ? ? ? ??? T X=(0.907099 -1.961798 3.293738 -4.500708 3.029344 -5.255068) 二、原理及步骤分析 设 n n ij R a A ?∈=][)1(，n n R b b b b ∈=],,,[)1()2(2)1(1 。若约化主元素 ),,2,1(0)(n k a k kk =≠，则通过高斯消元法将方程b AX =约化为三角形方程组求解。 如果在消元过程中发现某个约化主元0) (=k kk a , 则第K 次消元就无法进行。此外，即 使所有约化主元全不为零，虽然可以完成方程组的求解，但也无法保证结果的可靠性，因为计算过程中存在舍入误差。 为减少计算过程中的舍入误差对解的影响，在每次消元前，应先选择绝对值尽可能大的元作为约元的主元，如果在子块的第一列中选取主元，则相应方法称为列主元消元法。相应过程为： （1）选主元：在子块的第一列中选择一个元) (k k i k a 使) (max k ik n i k k k i a a k ≤≤= 并将第k 行元与第k i 行元互换。 （2）消元计算：对k=1,2,……n-1依次计算 ()()()?? ?? ?????++=-=++=-=++==++n k k i b m b b n k k j i a m a a n k k i a a m k k ik k i k i k kj ik k ij k ij k kk k ik k ik ,,2,1,,2,1,,,2,1) ()()1() ()()1()() ()( （3）回代求解
二元一次方程组的解法（二） ——加减消元法 一、 教学内容解析： 本节课内容节选自沪科版七年级数学上册第3章第3节第2课时。是在学生学习了代入消元法解二元一次方程组的基础上，继续学习的另一种消元方法——加减消元，它是学生系统学习二元一次方程组知识的前提和基础。教材的编写目的是让学生通过学习加减消元法充分体会“化未知为已知”的转化过程，体会代数的一些特点和优越性。对于学生理解并掌握方程思想、转化思想、消元法等重要的数学思想方法有着重要的意义。理解并掌握解二元一次方程组的基本方法，为以后函数等知识的学习打下基础。 二、学生学情分析：我所任教的班级学生基础比较好，他们已经具备了一定的探索能力和思维能力，也初步养成了合作交流的习惯。大多数学生的好胜心比较强，性格比较活泼,他们希望有展现自我才华的机会，但是对于七年级的学生来说，他们独立分析问题的能力和灵活应用的能力还有待提高，很多时候还需要教师的点拨、引导和归纳。因此，我遵循学生的认识规律，由浅入深，适时引导，调动学生的积极性，并适当地给予表扬和鼓励，借此增强他们的自信心。 三、教学目标： 1、学会用加减消元法解二元一次方程组； 2、经历二元一次方程组解法的探究过程，进一步体会化“未知”为“已知”、化复杂问题为简单问题的化归思想方法； 3、培养学生自主探索、尝试、比较，养成与他人合作、交流思维过程的习惯，通过交流学习获取成功体验，激发学生的学习兴趣，品尝成功的喜悦，树立学习自信心。 四、教学重难点： 1.教学难点：灵活运用加减消元法的技巧，把“二元”转化为“一元”。 2.教学重点：探索并掌握加减消元法解二元一次方程组，体会消元化归思想。 五、教学过程： （一）复习旧知 问题导入： 1.用代入消元法解二元一次方程组的步骤是什么？ 2.解二元一次方程组的基本思路是什么？ 3.解方程???-=--=+9 3552x 4y x y 是否有其他更简单的解法？揭示课题——二元一次方程组的解法（二） 设计意图：提出问题，既复习前面所学内容，增加学生的学习兴趣，又为接下来的学习做铺垫，引出课题。 （二）探究新知 1.热身练习 请你计算:(2a+b)-(a-b) (3m+2n)-(4m+2n) (3a+2b)+(a-2b) (3m+2n)+(n-3m) 2.学生讨论 （1）请观察等式左边和右边分别有几个字母？ （2）把等式的左面构造成二元一次方程组，你会用其他方法求解吗？刚才的计算对你有什么启示？
8.2 消元——加减消元法解二元一次方程组（第1课时） 一、学习目标 1. 进一步体会解二元一次方程组的基本思想——消元思想。 2. 能理解、运用加减消元法解简单的二元一次方程组。 3. 培养阅读课本的方法，提高自学能力。 二、 温故知新： 1． 根据等式性质填空: <1>若a =b ，那么a ±c = . (等式性质1) <2>若a =b ，那么ac = . (等式性质2) <3>思考:若a =b ，c =d ,那么a ±c =b ±d 吗? 2．用代入法解方程的关键是什么？ 3．之前我们用什么方法解过下面这个方程组？ ???=+=+40 222y x y x 具体步骤是：由①得 =y . ③，把③代入①得 .从而达到消元的目的。（即把二元一次方程变成我们较熟悉的一元一次方程） 三、学习内容： （一）提出问题，阅读课本，得出加减法的定义。 1． 解这个方程组???=+=+40 222y x y x 除了用代入法，还有别的方法吗？ 2. 请大家认真阅读课本99面第二个思考前的内容。回答第一个思考中的问题。 3．探讨：课本上的这半句话：“②－①可消去y ，得 x =18”中隐含了那些步骤？ 4. 思考：联系上面的解法，想一想应怎样解方程组???=-=+. 81015,6.3104y x y x 5．总结得出加减法的定义。
初一（ ）班 号 姓名 2．填空题。 （1）已知方程组???=-=+6 32173y x y x 两个方程只要两边 就可以消去未知数 。 （2）已知方程组???=+=-10 62516725y x y x 两个方程只要两边 就可以消去未知数 。 3．选择题。 （1）用加减法解方程组???=--=+1756 76y x y x 应用 （ ） A.①-②消去y. B.①-②消去x. C. ②-①消去常数项. D. 以上都不对. （2）方程组???=-=+5231323y x y x 消去y 后所得的方程是 A.6x =8. B.6x =18. C.6x =5. D.x =18. （三）例题分析。 例3．用加减法解方程组 ???=-=+336516 43y x y x 解： （四）练习。 1．用加减法解下列方程组。 ???=+=+5238 52)1(y x y x ???-=-=+2 236 32)2(y x y x 四、小结。 五、布置作业。 P 103 习题8.2第3大题。
用高斯消元法求解线性代数方程组 1234111 5 -413-2823113-2104151 3-21719x x x x ??????????????????=?????? ?????? ?????? 1111X *??????=?????? （X*是方程组的精确解） 1 高斯消去法 1.1 基本思想及计算过程 高斯（Gauss ）消去法是解线性方程组最常用的方法之一，它的基本思想是通过逐步消元，把方程组化为系数矩阵为三角形矩阵的同解方程组，然后用回代法解此三角形方程组得原方程组的解。 为便于叙述，先以一个三阶线性方程组为例来说明高斯消去法的基本思想。 ??? ??=++II =++I =++III) (323034)(5 253)(6432321 321321x x x x x x x x x 把方程（I ）乘（2 3 - ）后加到方程（II ）上去，把方程（I ）乘（2 4- ）后加到方程（III ）上 去，即可消去方程（II ）、（III ）中的x 1，得同解方程组 ?? ? ??=+-II -=-I =++III) (20 223)(445.0)(6 4323232321x x x x x x x 将方程（II ）乘（ 5 .03 ）后加于方程（III ），得同解方程组： ?? ? ??-=-II -=-I =++III) (42)(445.0)(6432332321x x x x x x 由回代公式（3.5）得x 3 = 2，x 2 = 8，x 1 = -13。 下面考察一般形式的线性方程组的解法，为叙述问题方便，将b i 写成a i , n +1，i = 1, 2,…,n 。
§7.2二元一次方程组的解法 ——加减消元法教学设计 福建省晋江市第一中学许清海一、教学内容解析： 本节课内容节选自华师大版七年级数学下册第7章第二节第2课时。是在学生学习了代入消元法解二元一次方程组的基础上，继续学习的另一种消元方法——加减消元，它是学生系统学习二元一次方程组知识的前提和基础。教材的编写目的是让学生通过学习加减消元法充分体会“化未知为已知”的转化过程，体会代数的一些特点和优越性。对于学生理解并掌握方程思想、转化思想、消元法等重要的数学思想方法有着重要的意义。理解并掌握解二元一次方程组的基本方法，为以后函数等知识的学习打下基础。 本节内容的教学重点：探索并掌握加减消元法解二元一次方程组，体会消元化归思想。 二、教学目标设置： 通过对新课程标准的的学习，结合我班学生的实际情况，我把本节课的三维教学目标确定如下： （一）知识与技能目标： 1、学会用加减消元法解二元一次方程组； 2、灵活的对方程进行恒等变形使之便于加减消元； 3、理解加减消元法的基本思想，体会化未知为已知的化归思想。 （二）过程与方法目标： 1、通过经历二元一次方程组解法的探究过程，进一步体会化“未知”为“已知”、化复杂问题为简单问题的化归思想方法； 2、经历个体思考探究、小组交流、全班交流的合作化学习过程理解根据加减消元法解二元一次方程组的一般步骤。 （三）情感态度及价值观： 1、培养学生学会自主探索、尝试、比较，养成与他人合作、交流思维过程的习惯； 2、通过交流学习获取成功体验，感受加减消元法的应用价值，激发学生的学习兴趣，品尝成功的喜悦，树立学习自信心； 3、通过知识的学习形成辩证唯物主义观以解决问题。 三、学生学情分析：
西京学院数学软件实验任务书 课程名称数学软件实验班级数学0901 学号0912020112 姓名*** 实验课题 线性方程组高斯消去法，高斯列主元消去法，高斯全 主元消去法 实验目的熟悉线性代数方程组高斯消去法，高斯列主元消去法，高斯全主元消去法 实验要求运用Matlab/C/C++/Java/Maple/Mathematica等其中一种语言完成 实验内容线性方程组高斯消去法 线性方程组高斯列主元消去法线性方程组高斯全主元消去法 成绩教师
实 验 报 告 实验名称：Guass 消元法编程求解线性方程 实验目的：进一步熟悉理解Guass 消元法解法思路 学习matlab 编程 实验要求： 已知：线性方程矩阵 输出：线性方程组的解 程序流程： 输入矩阵 调用函数求解矩阵 输出方程组的解 实验原理： 消元过程： 设0) 0(11 ≠a ，令乘数) 0(11 ) 0(11/a a m i i -=，做（消去第i 个方程组的i x ）操 作1i m ×第1个方程+第i 个方程（i=2，3，.....n ） 则第i 个方程变为1 )1(2)1(2 ...i n in i b x a x a =++ 这样消去第2，3，… ，n 个方程的变元i x 后。原线性方程组变为 ?? ?? ? ????=++=++=++) 1()1(2)1(2)1(2)1(22)1(22)0(1)0(11)0(11... . . ... ...n n nn n n n n n b x a x a b x a x a b x a x a
这样就完成了第1步消元。 对线性方程组中有第2，3，.。。。N 个方程组成的n —1元线性方程组做同样的处理，消去其除第一个方程组之外的所有变元2x ，可得到 ???? ?? ? ??????=++=++=++=++)3()3(3)3(3)2(3)2(33)2(33)1(2)1(22)1(22)0(1)0(11)0(11... . . . ... ... ...n n nn n n n n n n n b x a x a b x a x a b x a x a b x a x a 依次类推，当做到n-1步消元后，就完成了Guass 消元过程，得到上三角方程组 实验内容：利用Guass 消元操作的原理，求解线性方程组 ?? ?? ? ????==++=++--) 1()1()1(2)1(22)1(22) 0(1)0(11)0(11 . . ... ...n n n n nn n n n n b x a b x a x a b x a x a 回代过程： 在最后的一方程中解出n x ，得：) 1() 1(/--=n nn n n n a b x 再将n x 的值代入倒数第二个方程，解出1-n x ，依次往上反推，即可求出方程组的解： 其通项为3, (1) -n 2,-n k /)() 1(1 )1()1(=- =-+=--∑k kk n k j j k kj k k k a x a b x 流程图如下：
消元法解线性方程组 学校：青海师范大学 院系：数学系 专业：数学与应用数学 班级：10B 指导教师：邓红梅 学号：20101611218 姓名：梅增旺
摘要：线性方程组在数学的各个分支，在自然科学，工程技术，生产实际中经常遇到，而且未知元的个数及方程的个数可达成百上千，因此它的理论是很重要的，其应用也很广泛。本篇将就解线性方程组在此做一浅谈，以消元法为主要方法。消元法是解一般线性方程组行之有效的方法，早在中学大家都已经有接触，消元法的基本思想是通消元变形把方程组化成容易求解的同解方程组进行求解。 关键字：线性方程组消元法求解 Abstract: linear equations in various branches of mathematics, natural science,engineering technology, often encountered in actual production, and the unknown element number and the number of equations can be hundreds, so itis important in the theory, its application is very extensive. This article on thesolution of linear equations based on a discussion, mainly by means ofelimination method. Elimination method is the general linear equations ofeffective early in high school, everyone has a contact, the basic idea ofelimination method is through the elimination of the equations of deformationinto easy to solve with the solution of equations. Keywords:elimination method for solving linear equations
高斯消元法解线性方程组 C++实验报告2015年6月 一、完成人 王婧婷张子承郗滢 二、问题描述 线性方程组问题是大学阶段经常研究的问题，为了进一步熟悉理解高斯消元法的解题思路并且掌握编程语言在数学方面的应用。且为解决线性方程组问题提供便利，要求给出线性方程组的矩阵，能够输出线性方程组的解。 三、解决方案设计 基本程序流程为： （1）输入矩阵 （2）运用初等行变换将其化为阶梯型矩阵 （3）调用一个函数：r（）求其秩（有解时）及其无解情况 实验原理为： （1）系数矩阵及其增广矩阵经过初等行变换所得到的矩阵对应的方程与原方程同解 （2）化为阶梯型矩阵过程（输入增广矩阵后，运用初等行变换，使其a[i][i]以下全为零，若a[i][i]为零，运用行变换交换使其不为零） （3）输出阶梯型矩阵 （4）判断解情况并输出（解情况）
（5）输出解 四、模块及代码组织设计 其基本模块分为三大部分，7小部分。第一部分为输入矩阵阶段，用for语句实现。第二部分是对矩阵进行一系列的处理以求得线性方程组的解，先运用初等行变换化为阶梯型，并输出化简矩阵；然后以线性方程组的秩判断其是否有解（规定无解时秩为零）。第三部分是输出线性方程组的解情况及其解，如果无解即输出无解。 五、关键代码 （1）实现化为阶梯型的代码 实现此功能的代码是整个程序的重要内容，其需要进行的初等变换以实现校园的目的，使线性方程组得到简化。其实现如下： for( i=0; i<=n-1&&i Matlab之Gauss消元法解线性方程组 1.Gauss消元法 function x=DelGauss(a,b) %Gauss消去法 [n,m]=size(a); nb=length(b); det=1;%存储行列式值 x=zeros(n,1); for k=1:n-1 for i=k+1:n if a(k,k)==0 return end m=a(i,k)/a(k,k); for j=k+1:n a(i,j)=a(i,j)-m*a(k,j); end b(i)=b(i)-m*b(k); end det=det*a(k,k);%计算行列式 end det=det*a(n,n); for k=n:-1:1%回代求解 for j=k+1:n b(k)=b(k)-a(k,j)*x(j); end x(k)=b(k)/a(k,k); end Example: >>A=[1.0170-0.00920.0095;-0.00920.99030.0136;0.00950.0136 0.9898]; >>b=[101]'; >>x=DelGauss(A,b) x= 0.9739 -0.0047 1.0010 2.列主元Gauss消去法： function x=detGauss(a,b) %Gauss列主元消去法 [n,m]=size(a); nb=length(b); det=1;%存储行列式值 x=zeros(n,1); for k=1:n-1 amax=0;%选主元 for i=k:n if abs(a(i,k))>amax amax=abs(a(i,k));r=i; end end if amax<1e-10 return; 教学设计 消元法——解二元一次方程组 (加减消元法) 教学目标： 理解解二元一次方程组的思路是“消元”，体会化归思想；会用加减消元法解简单的二元一次方程组，并能选择适当方法解二元一次方程组；会用二元一次方程组表示简单实际问题中的数量关系． 重点： 用加减消元法解简单的二元一次方程组． 难点： 用二元一次方程组解简单的实际问题． 教学流程： 一、知识回顾 问题1：解二元一次方程组的基本思路： 答案：二元一次方程组――消元－→一元一次方程 问题2：用代入法解二元一次方程组的关键？ 答案：用含一个未知数的代数式表示另一个未知数. 二、探究1 问题1：还记得等式的性质1吗？ 答案：等式两边加(或减)同一个数(或式子)，结果仍相等. 如果a＝b，那么a±c＝b±c 问题2：方程组 10 216 x y x y += ? ? += ? ① ② 除了用代入法求解外，还有其他方法呢？ 追问1：这两个方程中，y的系数有什么关系？答案：两个方程中y的系数相等 追问2：用②－①可消去未知数y吗？ 解：②－①，得 2x＋y－(x＋y)＝16－10 解得： x＝6 把x＝6代入①得： y＝4 所以这个方程组的解是： 6 4 x y =? ? =? 追问3：①－②也能消去未知数y，求出x吗？ 问题3：联系刚才的解法，想一想怎样解方程组： 分析：未知数y的系数互为相反数，由①＋②，可消去未知数y，从而求出未知数x的值. 解：①＋②，得 3x＋10y＋(15x－10y)＝2.8＋8 18x＝10.8 x＝0.6 把x＝0.6代入①，得 3×0.6＋10y＝2.8 y＝0.1 所以这个方程组的解是： 0.6 0.1 x y = ? ? = ? 追问：①＋②，这一步的依据是什么？ 答案：等式的性质1 问题4：你能归纳刚才的解法吗？ 定义：当二元一次方程组中的两个二元一次方程中同一未知数的系数相反或相等时，把这两个方程的两边分别相加或相减，就能消去这个未知数，得到一个一元一次方程，这种方法叫做加减消元法，简称加减法. 练习1：(1)如何用加减消元法消去未知数x，求出未知数y？ 解：(1)①－②，得 解线性方程组的消元法及其应用 （朱立平 曲小刚） ● 教学目标与要求 通过本节的学习，使学生熟练掌握一种求解方程组的比较简便且实用的方法—高斯消元法，并能够熟练应用消元法将矩阵化为阶梯形矩阵和求矩阵的逆矩阵. ● 教学重点与难点 教学重点：解线性方程组的高斯消元法，利用消元法求逆矩阵. 教学难点：高斯消元法，利用消元法求逆矩阵. ● 教学方法与建议 先向学生说明由于运算量的庞大，克莱姆法则在实际应用中是很麻烦的，然后通过解具体的方程组，让学生自己归纳出在解方程组的时候需要做的三种变换，从而引出解高阶方程组比较简便的一种方法—高斯消元法，其三种变换的实质就是对增广矩阵的初等行变换，最后介绍利用消元法可以将矩阵化为阶梯形矩阵以及求矩阵的逆。 ● 教学过程设计 1.问题的提出 由前面第二章的知识，我们知道当方程组的解唯一的时候，可以利用克莱姆法则求出方程组的解，但随着方程组阶数的增高，需要计算的行列式的阶数和个数也增多，从而运算量也越来越大，因此在实际求解中该方法是很麻烦的. 引例 解线性方程组 ??? ??=+-=+=++132724524321 21321x x x x x x x x )3()2()1( 解 （1）???→??)2()1(?????=+-=++=+13245247 232132121x x x x x x x x )3()2()1(????→?+-?+-?) 3()2()1()2()4()1(?????-=+-=+=+133524567232 3221x x x x x x )3()2()1( ????→?+-?)3()65 ()2(??????? =--=+=+76 724567233221x x x x x )3()2()1( 用回代的方法求出解即可. 问题：观察解此方程组的过程，我们总共作了三种变换：（1）交换方程次序，（2）以不等于零的数乘某个方程，（3）一个方程加上另一个方程的k 倍.那么对于高阶方程组来说，是否也可以考虑用此方法. 2.矩阵的初等变换 定义1 阶梯形矩阵是指每一非零行第一个非零元素前的零元素个数随行序数的增加而增加的矩阵. 定义2 下面的三种变换统称为矩阵的初等行变换： i. 互换矩阵的两行（例如第i 行与第j 行，记作j i r r ?）， ii. 用数0≠k 乘矩阵的某行的所有元素（例如第i 行乘k ，记作i kr ）， iii. 把矩阵某行的所有元素的k 倍加到另一行的对应元素上去（例如第j 行的k 倍加到第i 行上，记作j i kr r +）. 同理可以定义矩阵的初等列变换. 定义 3 如果矩阵A 经过有限次初等变换变为矩阵B ，则称矩阵A 与B 等价，记作 A ~ B . 注：任意一个矩阵总可以经过初等变换化为阶梯形矩阵. 3. 高斯消元法 对于一般的n 阶线性方程组 ?????? ?=++=+++=+++n n nn n n n n n n b x a x a x a b x a x a x a b x a x a x a ΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛ22112 22221211 1212111 )()2()1(n （3.1） 若系数行列式0det ≠A ，即方程组有唯一解，则其消元过程如下： 第一步，设方程（1）中1x 的系数01≠l a 将方程)(l 与（1）对调，使对调后的第一个方程1x 的系数不为零.作)1(11 1 a a i i - ),3,2(n i Λ=，得到同解方程组 ?? ? ????=++=++=+++)1()1(2)1(2) 1(2 )1(22)1(22)0(1)0(12)0(121)0(11n n nn n n n n n b x a x a b x a x a b x a x a x a ΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛ （3.2） 第二步，设0) 1(22≠a ，保留第二个方程，消去它以下方程中的含2x 的项，得 第2课时用加减消元法解方程组 1.用加减法解二元一次方程组. 2.了解解二元一次方程组时的“消元思想”,“化未知为已知”的化归思想. 自学指导：阅读教材第94至97页，回答下列问题： 自学反馈 1.已知方程组 317 236 x y x y += -= ? ? ? ， ， 两个方程只要两边分别相加，就可以消去未知数 y. 2.已知方程组 25716 25610 x y x y ? -= += ? ? ， ， 两个方程只要两边分别相减，就可以消去未知数x. 3.用加减法解方程组 6719 6517 x y x y += ? -= ? - ? ，① ② 应用(B) A.①-②消去y B.①-②消去x C.②-①消去常数 D.以上都不对 4.方程 3213, 325 x y x y += -= ? ? ? 消去y后所得的方程是(B) A.6x=8 B.6x=18 C.6x=5 D.x=18 活动1 提高问题，引发讨论 我们知道，对于方程组 22, 240 x y x y += += ? ? ? ① ② 可以用代入消元法求解. 这个方程组的两个方程中，y的系数有什么关系？利用这种关系你能发现新的消元方法吗？ 活动2 导入知识，解释疑难 1.问题的解决 上面的两个方程中未知数y的系数相同，②-①可消去未知数y，得(2x+y)-(x+y)=40-22即x=18，把x=18代入①得y=4.另外，由①-②也能消去未知数y，得(x+y)-(2x+y)=22-40.即-x=-18，x=18，把x=18代入①得y=4. 2.想一想：联系上面的解法，想一想应怎样解方程组 379, 47 5. x y x y + ? = -= ? ? ① ② 分析：这两个方程中未知数y的系数互为相反数，因此由①＋②可消去未知数y，从而求出未知数x的值. 解：由①＋②得7x=14,x=2. 把x=2代入①得y= 3 7 , 第一章线性方程组的解法 求解线性方程组是科学研究和工程应用中最普遍和最重要的问题，超过75%的科学研究和工程应用中的数学问题，在某一阶段都与线性方程组的求解有关．本章介绍求解线性方程组的消元法及其矩阵形式． 引例交通流量问题 随着城市人口以及交通流量的增加，城市道路交通拥堵问题已成为制约经济发展、降低人民生活质量、削弱经济活力的瓶颈之一.为解决这个世界性难题，各国政府和民间都进行了广泛的研究，提出了提高交通管理水平、增强交通参与者的素质、扩大道路容量、限制车辆增长速度等政策及车牌限行、设置单向行驶道路等措施.以上的政策和措施的一个基础性工作就是各道路的车流量的统计与分流控制.使各道路的交通流量要达到平衡,所谓交通流量平衡是指在每个路口进入的车辆数与离开的车辆数相等．图1是某一城市的道路交通网络图，所有车道都是单行道．箭头给出了车辆的通行方向，数字是高峰期每小时进入和离开路口的车辆数．在满足交通流量平衡的条件下，试问如何分流车辆． 图1 为了保证交通流量平衡，得线性方程组 12 23345461 56300,200,300,100,300.x x x x x x x x x x x x +=??-=-?? -+=??-=-??-+=? （） 问题归结为讨论线性方程组（）是否有解若有解，求出方程组的解． 第一节 线性方程组的消元法 一、线性方程组的概念 设12,, ,n x x x 为实未知量，12,,,,n a a a b 为实数，n 为正整数．方程 1122n n a x a x a x b ++ += 称为含未知量12,,,n x x x 的线性方程．由m 个含未知量12,, ,n x x x 的线性方程组成的方 程组 1111221121122222 1122,,, n n n n m m mn n m a x a x a x b a x a x a x b a x a x a x b +++=??+++=????+++=? （） 称为n 元线性方程组，其中,(1,2, ,;1,2,,)ij i a b i m j n ==为实数．若 1122,,,n n x c x c x c === （） 使（）中的每一个方程都成立，则称（）为方程组（）的解． 如果线性方程组（）有解，则称方程组（）是相容的；否则，称方程组（）是不相容的． 线性方程组解的全体所构成的集合称为该线性方程组的解集．显然，如果线性方程组不相容，其解集必为空集．能表示线性方程组全部解的表达式称为方程组的通解或一般解． 具有相同解集的线性方程组称为同解方程组或等价方程组． 二、线性方程组的消元法 中学所学的解线性方程组的消元法是求解线性方程组简单有效的方法．现在我们回忆消 教学设计（教案）模板 教学过程 1.回忆： 我们已经学习了用代入法解二元一次方程组，关键是“消元”，那么，对于这个方程组，上节课我们已经练习了。（出示两种解法） 还有没有其他解法呢？ 2.探索 看一看：在这个方程组中，未知数x的系数分别是什么？如何计算结果为0？即3X-3X=0. 那么，就消去了X，得到了一元一次方程。 做一做：把两个方程的左边与左边相减，右边与右边相减．你得到了什么结果？ 解：（1）-（2），得 9y = －18 , y = －2. 将y = －2代入（1），得 3x＋5×(－2) = 5, x = 5. 思考：（2）-（1），如何解？ . 师：比较以上三种解法，你认为哪一种最简单呢？ 3.学习例题解方程组： 看一看：y的系数有什么特点？ 想一想：先消去哪一个比较方便呢？用什么方法来消去这个未知数呢？ 解(1)+(2)得, 7x = 14, x = 2. 把x = 2代入（1）得, 6 + 7y = 9, 7y = 3, 4、议一议 从上面的问题中我们能够得到什么启发呢？我们能够得到解方程组的基本思路？解方程的主要步骤有哪些？ （1）对某些二元一次方程组可通过方程两边分别相加（减），消去其中一个未知数，得到一个一元一次方程，从而求出它的解，这就是本节课解方程组的基本思路。 （2）、解这种类型的方程组的主要步骤，是观察求未各数的系数的绝对值是否相同，若互为相反数就用加，若相同，就用减，达到消元目的。 （3）、这种通过两式相加（减）消去一个未知数，这种解二元一次方程组的方法叫做加减消元法，简称加减法。 5．练习 解下列方程组： 6.小结：（1）对某些二元一次方程组可通过方程两边分别相加（减），消去其中一个未知数，得到一个一元一次方程，从而求出它的解，这就是本节课解方程组的基本思路。 （2）、解这种类型的方程组的主要步骤，是观察求未各数的系数的绝对值是否相同，若互为相反数就用加，若相同，就用减，达到消元目的。 （3）、这种通过两式相加（减）消去一个未知数，这种解二元一次方程组的方法叫做加减消元法，简称加减法。 二元一次方程组的解法（2）------------加减消元法 （教学设计） 单位名称：花垣县凉水井学校科目：数学（七年级下册）教师：杨秀晚时间：2017、5、5 教学任务分析 教学目标知识技能 1、会用加减消元法解二元一次方程组。 2、体会解二元一次方程组的基本思想—“消元”。 思维培养 通过观察和分析方程组中未知数，明确解二元一次方程组的主要思路是“消元”，从而促 进问题由复杂向简单的转化，培养学生的观察能力和体会化归思想。 解决问题 通过用加减消元法解二元一次方程组的训练及选用合理、简捷的方法解方程组，培养学 生运算能力。 情感态度通过研究解决问题的方法，培养学生合作交流的意识和探究精神。 重点用加减消元法解二元一次方程组。 难点探索如何用加减法将“二元”转化为“一元”的消元过程。 教学过程设计 教学环节教师行为预设学生行为设计意图 活动1 复习用代入消元法解方程组 x+y=15（1） 2x+y=22（2） 1、教师提出问题并板书题 目。 2、教师关注 （1）学生积极参与活动情 况； （2）学生能否准确解答问 题。 根据上一节课所学知识，学 生独立完成，同坐互纠。 复习代入消元法解二元一 次方程组，为新授课作铺垫。 教学环节教师行为预设学生行为设计意图 活动2 问题1 在方程组 x+y=12 (1) 2x+y=20 (2) 的两个方程中，y的系数有什么关系？利用这种关系，你能发现新的消元方法吗？ 问题2 联系问题1中方程组的解法，想一想怎样解方程组 4x+10y=3.6 (1) 15x-10y=8 (2) 1、教师提出问题后，将学生 分成小组讨论，教师深入到学 生之中，并引导学生观察，分 析。 2、学生发言结束后，教师给 予明确的答案，并规范解题过 程。 3、通过问题1、2，教师引导 学生归纳用加减消元法适合 解怎样的方程组。 4、教师关注： 1、小组根据活动内容进行独 讨论交流； 2、小组在问题合作交流时有 困难，教师适时帮助和指导。 3、学生用语言表达自己的观 点。 4、学生展示自己的解题过程。 5、学生归纳用加减消元法适 合解怎样的方程组？如何 解？ 1、让学生知道什么样的方程 组适合用加减消元法解，并会 用加减消元法解类似的方程 组。 2、让学生通过实践激发学生 积极思考，认真交流。 第2课时 用加减消元法解方程组 基础题 知识点1 用加减法解二元一次方程组 1．方程组? ????x ＋y ＝5，①2x ＋y ＝10，②由②－①，得正确的方程是( ) A ．3x ＝10 B ．x ＝5 C ．3x ＝－5 D ．x ＝－5 2．用加减法解方程组? ????2a ＋2b ＝3，①3a ＋b ＝4，②最简单的方法是( ) A ．①×3－②×2 B ．①×3＋②×2 C ．①＋②×2 D ．①－②×2 3．方程组? ????2x －y ＝4，5x ＋y ＝3的解是( ) A .?????x ＝1y ＝2 B .? ????x ＝3y ＝1 C .?????x ＝0y ＝－2 D .? ????x ＝1y ＝－2 4．(襄阳中考)若方程mx ＋ny ＝6的两个解是? ????x ＝1，y ＝1，?????x ＝2，y ＝－1，则m ，n 的值为( ) A ．4，2 B ．2，4 C ．－4，－2 D ．－2，－4 5．已知方程组? ????x ＋3y ＝17，2x －3y ＝6，两个方程只要两边_____________就可以消去未知数y ． 6．解方程组： (1)(聊城中考)? ????x －y ＝5，①2x ＋y ＝4；② (2)(重庆中考B 卷)? ????x －2y ＝1，①x ＋3y ＝6；② (3)(赤峰中考)?????2x －y ＝7，①3x ＋2y ＝0.② 知识点2 用加减法解二元一次方程组的简单应用 7．(苏州中考)某停车场的收费标准如下：中型汽车的停车费为12元/辆，小型汽车的停车费为8元/辆，现在停车场共有50辆中、小型汽车，这些车共缴纳停车费480元，中、小型汽车各有多少辆？ 中档题 8．(河北中考)利用加减消元法解方程组? ????2x ＋5y ＝－10，①5x －3y ＝6，②下列做法正确的是( ) A ．要消去y ，可以将①×5＋②×2 B ．要消去x ，可以将①×3＋②×(－5) C ．要消去y ，可以将①×5＋②×3 D ．要消去x ，可以将①×(－5)＋②×2 9．若|m －n －3|＋(m ＋n ＋1)2 ＝0，则m ＋2n 的值为( ) A ．－1 B ．－3 C ．0 D ．3 11．解方程组： (1)?????2x ＋3y ＝4，①5x ＋6y ＝7；② (2)? ????4x ＋3y ＝14，①3x ＋2y ＝22；② (3)(威海中考)?????3x －5y ＝3，①x 2－y 3 ＝1；② (4)?????4（x －y －1）＝3（1－y ）－2，x 2＋y 3 ＝2. 12．(三明中考)某一天，蔬菜经营户老李用了145元从蔬菜批发市场批发一些黄瓜和茄子，到菜市场去卖，黄瓜和茄子当天的批发价与零售价如下表所示： 线性方程组解法综述 Prepared on 22 November 2020 线性方程组解法的研究综述 摘要：这篇论文在说明了线性方程组的应用目的的基础上，提出了线性方程组求解的研究现状，并列举了常用的求解方法，同时说明了它们的应用条件，剖析了各种方法的不足之处。 关键词高斯消元迭代病态方程组 一、问题提出 在自然科学和工程实际应用中，有许多问题的求解最终都转化为线性方程组的求解问题。例如,电学中的网络问题，曲线拟合中常用的最小二乘法、样条函数插值、解非线性方程组、求解偏微分方程的差分法、有限元法和边界元法以及目前工程实践中普遍存在的反演问题等。特别是在图像恢复、模型参数估计、解卷积、带限信号外推、地震勘探等众多领域，都需要求解线性方程组。 由于线性方程组问题在理论上的重要性和在工程实际应用中的大量存在，多年来人们在这方面做了广泛深入的研究和探讨，并取得了许多有价值的成果.由于模型误差、测量误差、计算误差等各种误差的存在，常常使得线性方程组中的系数矩阵和非齐次项信息具有某种程度的近似性(即扰动性)，这种近似性显然会使得线性方程组的求解不容易得到真实的理论解。此时，不同的求解方法由于运算机理不一样，求解过程中误差积累程度就不一样，因此必然会使得不同的求解方法得到的解具有不同的逼近真解的误差程度，尤其对具有病态性的方程组而言，由于病态线性方程组的条件数很大，数据误差以及计算过程中引入的舍入误差往往会使线性方程组的解不稳定，即不管原始数据的误差多么小，都可能造成解的很大变化，使线性方程组的解严重失真。因此，许多现有的方 法都是无效的，病态线性方程组的求解变得相当困难。求解线性方程组的最常用的方法主要有直接法和迭代法两大类，其中直接法中最常用的方法是高斯消元法。但是，该方法求解病态线性方程组时不能得到合理的解，误差很大。 二、研究现状 目前关于线性方程组的数值解法一般有两大类。一类是直接方法，另一类是迭代方法。直接方法最基本的是高斯消元法及其变形，这类方法是解低阶稠密矩阵方程组的有效方法，近十几年来直接法在求解具有较大型稀疏矩阵方程组方面取得了较大进展。迭代法就是用某种迭代过程去逐步逼近线性方程组的精确解，迭代法具有需要计算机的存储单元较少，程序设计简单，原始系数矩阵在计算过程中始终不变等优点，但存在收敛性及收敛速度问题。迭代法是解大型稀疏矩阵方程组的重要方法。当前对迭代算法的研究已经较为成熟，但如何使之适合新体系模型，以获得更好的性能加速一直是应用和体系设计者关心的问题。 三、常用方法比较 1.直接方法 直接方法是指假设计算过程中不产生舍入误差，经过有限次运算可求得方程组的精确解的方法。事实上，由于舍入误差的存在，用直接法一般也只能求得方程组的近似解。直接方法中主要有三种方法：克拉默法则、高斯消元法、LU 分解法。 （1）克拉默法则 设有线性方程组（ n 个未知数 n 个方程） 七年级数学下册第八章《二元一次方程》 第2课时 用加减消元法解方程组 学习目标 知识与目标：1.理解加减法消元法的含义；2.掌握加减法解二元一次方程组；二元一次方程组的简单应用。 过程与方法：感受数学知识的形成与应用过程。 情感态度与价值观：使学生理解加减法所体现的“化未知为已知”的化归思想 学习重点 用加减法解二元一次方程组 学习难点 加减法所体现的“化未知为已知”的化归思想方法 学习易错点 用加减法解二元一次方程组。 学习方法 讲练结合 讨论法 练习法 尝试指导法。 学前预习 自学指导：阅读教材第94至97页，回答下列问题： 自学反馈 1.已知方程组217226x y x y +=??-=? 两个方程只要两边分别相加，就可以消去未知数y. 2.已知方程组0.57160.5610 x y x y -=??+=?两个方程只要两边分别相减，就可以消去未知数x. 3.用加减法解方程组37193517x y x y +=-??-=? 应用(B) A.①-②消去y B.①-②消去x C.②-①消去常数 D.以上都不对 4.方程3 1.2133 1.25 x y x y +=??-=?消去y 后所得的方程是(B) A.6x=8 B.6x=18 C.6x=5 D.x=18 合作探究 活动1 提高问题，引发讨论 我们知道，对于方程组22,240x y x y +=+=???①②可以用代入消元法求解. 这个方程组的两个方程中，y 的系数有什么关系？利用这种关系你能发现新的消元方法吗？ ① 1 ② 活动2 导入知识，解释疑难 1.问题的解决 上面的两个方程中未知数y的系数相同，②-①可消去未知数y，得(2x+y)-(x+y)=40-22即x=18，把x=18代入①得y=4.另外，由①-②也能消去未知数y，得(x+y)-(2x+y)=22-40.即-x=-18，x=18，把x=18代入①得y=4. 2.想一想：联系上面的解法，想一想应怎样解方程组 379, 47 5. x y x y + ? = -= ? ? ① ② 分析：这两个方程中未知数y的系数互为相反数，因此由①＋②可消去未知数y，从而求出未知数x的值. 解：由①＋②得7x=14,x=2. ∴这个方程组的解为 2, 3 . 7 x y ?= =? ? ?? 3.加减消元法的概念 从上面两个方程组的解法可以发现，两个二元一次方程中同一未知数的系数相反或相等时，将两个方程的两边分别相加或相减，就能消去这个未知数，得到一个一元一次方程，这种方法叫做加减消元法，简称加减法. 活动3 用加减法解方程组 解方程组 3416, 5633. x y x y + = ? = - ? ? ① ② 教师点拨对于当方程组中两方程不具备上述特点时，必须用等式性质来改变方程组中方程的形式，即得到与原方程组同解的且某未知数系数的绝对值相等的新的方程组，从而为加减消元法解方程组创造条件. 解：①×3得，9x+12y=48,③ ②×2得，10x-12y=66,④ ③+④得，x=6. 把x=6代入①得，x=-0.5. 所以原方程组的解是 6, 0.5. x y = =- ? ? ? 加减法解二元一次方程组归纳：用加减法解同一个未知数的系数绝对值不相等，且不成整数倍的二元一次方程组时，把一个(或两个)方程的两边乘以适当的数，使两个方程中某一未知数的系数绝对值相等，从而化为第一类型方程组求解. 活动4 改错(见幻灯片)，课后练习第一题 活动5 例题解析 阅读应用题后思考： 2台大收割机和5台小收割机均工作2小时共收割小麦3.6公顷，3台大收割机和2台小收割机均工作5小时共收割小麦8公顷.1台大收割机和1台小收割机每小时各收割小麦多少公顷？ 问题一：题目中存在的等量关系： (1)2台大收割机和5台小收割机均工作2小时共收割小麦3.6公顷；MATLAB之GAUSS消元法解线性方程组
人教版初一数学下册消元法——解二元一次方程组 (加减消元)
(完整版)解线性方程组的消元法及其应用
第2课时 用加减消元法解方程组
第一章线性方程组的解法(新)
用加减消元法解二元一次方程组
人教版初一数学下册用加减消元法解一元一次方程组
第2课时用加减消元法解方程组
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