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第一章 第四讲 n元线性方程组求解

第一章 第四讲 n元线性方程组求解
第一章 第四讲 n元线性方程组求解

第四讲 n 元线性方程组求解

上一讲我们介绍了当n 元一次线性方程组的系数矩阵A 可逆时,可求出方程组解

1

X A b -=,

实际上这也是方程组的唯一解。如果方程组系数矩阵A 不可逆或A 不是方阵时,该如何来讨论方程组的解?这一讲将通过矩阵的初等变换来研究n 元一次线性方程组(齐次、非齐次)在什么条件下有解、如何求解以及各种解的表达形式等.

n 元一次线性方程组是指形如

??

?

??

??=+++=+++=+++m n mn m m 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 22112

22221211

1212111 ... ...(4.1)

11121212221

2

n n m m m n a a a a a a A a a a ?? ? ?=

?

???

,12

n x x X x ??

?

?= ? ???

,12m b b b b ?? ? ?= ? ???

则方程组的矩阵方程形式A X b =.其中:A 称为方程组(4.1)的系数矩阵,

()

A A b =称为方程组(4.1)的增广矩阵。

当b O ≠时,称(4.1)式为一元线性非齐次线性方程组;

当b O =时,称 (4.2 ) 式为一元线性齐次线性方程组,其矩阵形式A X O =.

1111221211222211

2200

n n n n m m m n n a x a x a x a x a x a x a x a x a x +++=??

+++=??

??+++=? ... ...(4.2) 显然X O =是(4.2)式的当然解。所以说,齐次线性方程组的解只有两种情况:唯一解(零解)和无穷多解(非零解)。

把非齐次线性方程组(4.1)式的每个方程右边的常数项都换成0,所得到的齐次线性方程组称为原方程组的导出齐次线性方程组,简称导出组。(即:(4.2)是(4.1)的导出组)

在第二讲的例2.12中,非齐次方程组的解是通过对方程组的增广矩阵实施初等行变换得到的. 那么,这种求解方法是不是对任意的线性方程组都适用?答案是肯定的。下面我们就给出理论证明.

定理4.1 若将非齐次线性方程组A X b =的增广矩阵

()A A b =用初等行变换化为

()V U ,则方程组A X b =与V UX =是同解方程组。

证 由第二讲的性质3.2及定理3.1知,当对增广矩阵 ()A A

b =用初等行变换化为

()V U

时,一定存在初等矩阵k P P P ,,,21 ,使得

()()11k k P P P A b U V -= 成立

记P P P P k k =-11 ,由初等矩阵的可逆性知P 可逆。若设1X 为A X b =的解,即

1AX b =,两边同时左乘矩阵P ,有

111()PAX Pb PA X Pb U X V =?=?=

于是1X 是方程组V UX =的解。反之,若2X 为V UX =的解,即

1

1

1

1

2222()U X V P U X P V P U X P V AX b ----=?=?=?=

2X 亦为A X b =的解。综上所述,A X b =与V UX =所表示的是同解方程组.

定理4.1给出了利用矩阵初等行变换求解方程组的思路,具体方法如下: 将方程组的增广矩阵

()A A b =实施初等行变换化为行的最简形,此时该最简形作为

增广矩阵对应的方程组与原方程组同解,这样通过解简化的阶梯形矩阵所对应的方程组就求出原方程组的解,这种方法称为高斯消元法。

4.1.1非齐次线性方程组的相容性

先写出方程组(4.1)的增广矩阵 A ,然后利用初等行变换将 A 化为行最简形。

()A A

b ==11

1211212222

1

2

n

n m m m n m m n a a a b a a a b a a a b ??? ?

? ? ?

??

A 的行最简形有下面三种情形(为方便讨论,假设 A 的行最简形中构成的单位阵正好

在左上角)。

(1)111211212222

1

2

n

n m m m n m m n

a a a

b a a a b a a a b ??? ?

? ? ?

??

???→行变换

12

(1)

1

000

010

00

00

1000000

00n m n c c c ?+?? ? ? ? ?

?

?

? ? ??

?

...... (4.3) 注意到 A 的行最简形矩阵不为零的行数正好等于变量个数n ,其对应的方程组如下

1

122

n n

x c x c x c =??

=??

??=?

此时原方程组的唯一解已经得到: 12

n c c X c ?? ?

?= ? ???

; (2)11121121

2222

1

2

n

n m m m n m m n

a a a

b a a a b a a a b ??? ?

? ? ?

??

???→行变换

1(1)2(2)1()12(1)(2)2()

2

(1)

(2)

()(1)

1000010

10000000

00

0r r r n r r r n r r r r r r n r m n d d d c d d d c d d d c +++++++++?+??

? ? ? ?

?

? ? ? ?

??

... ... (4.4) 注意到 A 的行最简形中不为零的行数为r (

++++=??

+++++=?

???++++=?

此时还不能完全求出原方程的解,但可以看出原方程有无数个解,这是因为如果把后

面n r -个变量12,,r r n x x x ++ 赋予数值后,前面r 个变量12,,r x x x 的值就被唯一确定,从而得到方程组解X ={12,,r x x x ,12,,r r n x x x ++ }T .

(3)11

1211212222

1

2

n

n m m m n m m n

a a a

b a a a b a a a b ??? ?

? ? ?

??

???→行变换

12

+1(1)1

000

010

00

00

1

00000

00k k m n c c c c ?+?? ?

? ? ?

? ?

?

? ??

?

.....(4.5) 注意到 A 的行最简形中不为零的行数是+1k ,但第+1k 行中只有10k c +≠,其余元素全为零。这就是说 A 的行最简形对应的方程组中最后一个方程是“10k c +=”(10k c +≠),这显然是一个矛盾方程,因而原方程组无解。

根据上面讨论的方程组(4.1)解的3种情况,先给出非齐次方程组的相关定义定理后再详细讨论(4.1)的解。

定义4.1 如果一个n 元线性方程组它存在解,则称方程组是相容的,否则就称方程组是不相容组或矛盾方程组。

比如(4.3)式和(4.4)式所表示的方程组都是相容方程组,而(4.5)所表示的方程组是不相容方程组。

定义4.2 n 元线性方程组经过化简后,方程组中被保留的方程称为有效方程,消去的方程称为多余方程.

比如(4.3)式的有效方程个数正好有n 个(相容的有效方程组);(4.4)式的有效方程个数有r 个,多余方程个数有n r -个(相容的有效方程组).(4.5)式有效方程有1r +个,多余方程1n r --个(不相容的有效方程组). 定理4.2

(1)方程组(4.1)有唯一解的充要条件是,有效方程的个数等于变量个数; (2)方程组(4.1)有无穷多解的充要条件是,有效方程的个数小于变量个数; (3)方程组(4.1)无解的从要条件是,存在着矛盾的有效方程。 证明(略)

定理4.2更加明确了利用高斯消元法如何判断非齐次方程组的解的情况.

例4.1 求解线性方程组???

??=+---=-+-=-+-4

223123204321

43214321x x x x x x x x x x x x

解:将方程组的增广矩阵用初等行变换化为行最简形

21

313

32

1323

23151

11101

11102

132********

124014541

1110111100

11010110100555001

11110010

101000

1

1

1r r

r r r r r r r r r r A ----------??

?? ? ?=---???→- ? ? ? ?---?

??

?----???? ? ????→-???→- ? ? ? ?---???

?-??

????→ ? ?--?

?

121

00110101000

11

1r +?? ????→ ? ?--?

?

这时行最简形所对应的方程组为

??

???-=

-=+=+1

014

3

42

4

1x x x x x x 注意到方程组的有效方程个数为3小于方程变量个数4,所以原方程有无穷多解,求解方法如下:

先将

x 4

移到等号右端得???

??+-=-=-=43

4241101x

x x x x x ,称123,,x x x 是方程组的保留变量,称4x 是方

程组的自由变量(可任意取值)。4x 再令x 4取任意常数k R ∈,则得 12

34

101x k x k x k x k

=-??=-??

=-+??=? , ... ... (4.6)

或写成 1234

11011101x x k x x -?????? ? ? ?

- ? ? ?=+ ? ? ?- ? ? ?

?

????? ... .. .(4.7) 称k 为方程组的自由未知数或自由元,(4.6) 式称为方程组的通解或一般解;(4.7)称为方程组的向量解.

例4.2求线性方程组的解 ???

??

??-=---=+-=++=+-5322123

2312321321321321x x x x x x x x x x x x

解 将方程组的增广矩阵用初等行变换化为行最简形

21

314123

124

3214243321

4

(1)1()72112111213123

0440121101122

2

350

0771********

110

011001120022001

1001

1r r r r r r r r r r r r r r r r r r A ----+---+---??

?? ? ?-

? ?=???→

? ?----- ? ?-----????-??

?? ? ?--

? ????→???→ ? ? ? ???

??

4

34100010000101

0101000000110

1

1000

0r r r ????? ? ? ? ????→???→ ? ? ? ?????

从增广矩阵行的最简形可看出,方程组有效方程数是3,方程组的第4个方程是多余方程,但由于方程组变量的个数是也是3,所以原方程组有唯一解:

???

??===1103

21x x x

本例说明当方程组中方程的个数多于变量个数时,方程组一定有多余方程.

例4.3 求解线性方程组

???

??=-++-=-+-=++-3

32215312324321

43214321x x x x x x x x x x x x 解 将方程组的增广矩阵用初等行变换化为行阶梯形

21

31321

2321123213

151********

2

3

305

4

7

1r r r r A ----????

? ?=---???→--- ? ? ? ?---?

??

?

32

123210

547400

5r r --?? ????→--- ? ??

?

, 行阶梯形所对应的方程组是 ??

?

??=?-=--=++-5047451

23244324321x x x x x x x x , 虽说方程组有效方程有3个,

但最后一个方程是矛盾方程,故原方程组无解.

例4.4 设方程组 ???

??-=+=++=++k x x kx x x x x kx 52

218235

32

321321

问:k 取何值时方程组有唯一解?无穷多解?无解?在有无穷多解时求出通解。

解 先将方程组的增广矩阵用初等行变换化为行阶梯形,然后再利用定理4.2的结论来判断方程组解的所有可能情形:

1153

218501

2

2k

A k k ?? ?=- ? ??

?1323

2013

3

0414501

2

2r r r r k k k ---??

?

???→-- ? ??

?

1

2

3

k

r r

-???→ 2

2

415

14

001

33

333

3

04

14501

2

2

k k k k k k ?

?-

--

+ ?

?

-- ? ? ??

?

12

23

2

23

041450

12241514

00

1

33

333r r r r k k

k k k k ???? ?-- ?

???→ ?

?-

--+ ???

113

2

241451033

12241514

00

1

333

33r k k

k k k k --??

?

?

??→ ? ?-

--+ ??

?

... ... (4.8)

(1) 当13k k ≠≠且时,

2

41103

3

k k --≠,此时方程组的有效方程个数与变量个数相

等,故原方程组有唯一解;

(2) 当1k =时,

2

5143033

k k -

+=,

2

41103

3

k k -

-= ,此时有效方程个数是2,小

于变量个数,故方程组有无穷多解。将1k =代入(4.8),得到增广矩阵的行最简形

1

0110

12200

0-??

? ? ??

?

其对应的方程组 13233

22

x x x x -=??+=? , 再将3x 做为自由变量移到等号右边,并令3x =c

(c R ∈),得原方程通解

123

322x c

x c x c =+??

=-??=? 或向量解 12

3

312201x x c x ??????

? ? ?=+- ? ? ? ? ? ?????

??

; (3) 当3=k 时,增广矩阵的行最简形1110330

12200

4--??

?

?

? ? ??

?

,出现矛盾的有效方程,故原方程组无解.

1.4.2齐次线性方程组的相容性

显然,齐次线性方程组总是相容的,因为它至少有一个零解T

X )0,,0,0( =。除此之外它可能还存在非零解.

定理4.3

(1)齐次线性方程组 (4.2) 有无穷多解的充要条件是,方程组有效方程的个数小于变量个数,且自由变量的个数等于变量总数减去有效方程的个数

(2)齐次线性方程组 (4.2)只有零解的充要条件是,方程组有效方程的个数等于变量个数.

证明 (略)

例4.5求下列齐次线性方程组的解

12341234123

41

2

4

320523011250350

x x x x x x x x x x x x x x x -+-=??

-+-+=??

--+-=??++=

?

解 由于齐次线性方程组的增广矩阵的最后一列都是零,所以其增广矩阵行的最简形与系数矩阵行的最简形是一致的。这就是说,求解齐次线性方程只要对系数矩阵实施行变换即可。

21314132

242

12

531

1431

31213125123

0143711125014373

5010143

713121

3123101437

0114200000000000000

00r r

r r r r r r r r r r r A ++---++----??

?? ? ?----

? ?=???→

? ?----- ? ?-??

??--??--?? ? ? ?---

????→???→ ? ? ? ? ? ????

?

?→5110142310

1142000000

0??- ? ? ?-?? ? ? ? ??

?

行最简形对应的方程组

??

???

=

+-=-+0

211430

211454

3

2

431x x x x x x 注意到方程组的有效方程数是2,变量个数是4,所以该方程有422-=个自由变量,可令3x ,4x 为自由变量,并将其移到方程的右边,得

??

??

?

-=+-=4

324

31

21

14321145x x x x x x ,再令31x k =,42x k =,(1k ,2k 为任意常数) 则原方程组的通解

112

2

12

314

2

5114

23114

2

x k k

x k k

x t x t ?=-+???

=

-

??=??=?

或向量解 12123451142311421001x x k k x x ???

?- ? ???

? ? ?

?

?

?-

=+ ? ? ?

? ? ? ? ???

? ????

?

。 1.4.3 学生自主学习内容

本讲的主要内容就是:希望同学们会熟练利用矩阵的初等行变换,来判断齐次与非齐次线性方程组解的情况,并求出方程组解。由于求解过程不需要更深的理论支撑,所以只要能按要求把增广矩阵化为行最简形即可。

针对本讲例题,特提出下面问题请同学思考与解答。 (1) 求解方程组能否用列变换?

(2)请观察例(4.1):为什么要令4x 为自由变量?让123,,x x x 中的一个作为自由变量是否也可以,比如3x ?当非齐次方程组有无数解时,保留变量和自由变量是如何确定的?

(3)请观察例(4.2):当方程组有多余方程时,如何找出多余方程?本例中如果把第三个方程作为有效方程,那么方程组中前三个方程哪一个是多余的方程?

(4)请观察例(4.3)当非齐次方程组无解时,其导出组是否也无非零解?

(5)请观察例(4.4):当方程组中变量前的系数有未知参数时,最好把方程组的增广矩阵利用初等行变换化到什么形式,才开始讨论系数取值的情况?

(6) 用相同的初等行变换求非齐次方程组???

??-=+-+=-+-=+-+2

53443231

24321

43214321x x x x x x x x x x x x 及其导出组

123412341

23420

32304350

x x x x x x x x x x x x +-+=??

-+-=??+-+=?的通解,

请观察非齐次方程组通解与其导出组通解之间的关系是什么?

同济大学线性代数教案第一章线性方程组与矩阵

线性代数教学教案 第一章线性方程组与矩阵 授课序号01 1112121 2 n n m m mn a a a a a a ?? ?? ??? ,有时为了强调矩阵的行数和列数,也记为

n a ???. 212 n n n nn a a a ? ??? . 1112 00n n nn a a a a ?? ?? ? ? ?与上三角矩阵200 n nn a ? ??? . 000 0n a ??? ??? ,或记为100 1? ???? . 负矩阵的定义:对于矩阵()ij m n a ?=A ,称矩阵21 22 n m m m mn mn b a b a b ?? +++? ,

a b+

21 2 n m m mn a a a ????,转置矩阵212.m n n nm a ? ??? 矩阵的转置满足的运算规律(这里k 为常数,A 与B 为同型矩阵)阶方阵()ij a =A 如果满足222n n m mn n a x +21 2 n m m mn a a a ????称为该线性方程组的系数矩阵n x ???,m b = ? ??? β,有:

2221122221 21122n n n m m mn n m m mn n a a a x a x a x a x ??? ? =??? ???? ? ++ +????? . 再根据矩阵相等的定义,该线性方程组可以用矩阵形式来表示:=Ax β.

授课序号02 21 2 t s s st ????A A A ,21 2 t s s st ? = ? ??? B B B B ,的行数相同、列数相同,则有 21 22 t s s s st st ?? ±±±? B A B A B . 111221 2 t s s st ? ? ??? A A A A A ,都有21 2 t s s st k k ? ??? A A A .

c 解线性方程组的几种方法

//解线性方程组 #include #include #include //----------------------------------------------全局变量定义区 const int Number=15; //方程最大个数 double a[Number][Number],b[Number],copy_a[Number][Number],copy_b[Number]; //系数行列式 int A_y[Number]; //a[][]中随着横坐标增加列坐标的排列顺序,如a[0][0],a[1][2],a[2][1]...则A_y[]={0,2,1...}; int lenth,copy_lenth; //方程的个数 double a_sum; //计算行列式的值 char * x; //未知量a,b,c的载体 //----------------------------------------------函数声明区 void input(); //输入方程组 void print_menu(); //打印主菜单 int choose (); //输入选择 void cramer(); //Cramer算法解方程组 void gauss_row(); //Gauss列主元解方程组 void guass_all(); //Gauss全主元解方程组 void Doolittle(); //用Doolittle算法解方程组 int Doolittle_check(double a[][Number],double b[Number]); //判断是否行列式>0,若是,调整为顺序主子式全>0 void xiaoqu_u_l(); //将行列式Doolittle分解 void calculate_u_l(); //计算Doolittle结果 double & calculate_A(int n,int m); //计算行列式 double quanpailie_A(); //根据列坐标的排列计算的值,如A_y[]={0,2,1},得sum=a[0][ A_y[0] ] * a[1][ A_y[1] ] * a[2][ A_y[2] ]=a[0][0]*a[1][2]*a[2][1]; void exchange(int m,int i); //交换A_y[m],A_y[i] void exchange_lie(int j); //交换a[][j]和b[]; void exchange_hang(int m,int n); //分别交换a[][]和b[]中的m和n 两行 void gauss_row_xiaoqu(); //Gauss列主元消去法 void gauss_all_xiaoqu(); //Gauss全主元消去法 void gauss_calculate(); //根据Gauss消去法结果计算未知量的值 void exchange_a_lie(int m,int n); //交换a[][]中的m和n列 void exchange_x(int m,int n); //交换x[]中的x[m]和x[n] void recovery(); //恢复数据 //主函数 void main() { int flag=1;

知识点总结 矩阵的初等变换与线性方程组

第三章 矩阵的初等变换与线性方程组 第一节 矩阵的初等变换 初等行变换 ()1()i j r r ?对调两行,记作。 ()20()i k r k ≠?以数乘以某一行的所有元素,记作。 ()3()i j k r kr +把某一行所有元素的倍加到另一行对应的元素上去,记作。 初等列变换:把初等行变换中的行变为列,即为初等列变换,所用记号是把“r ”换成“c ”。 扩展 矩阵的初等列变换与初等行变换统称为初等变换,初等变换的逆变换仍为初等变换, 且类型相同。 矩阵等价 A B A B 如果矩阵经有限次初等变换变成矩阵,就称矩阵与等价。 等价关系的性质 (1)反身性 A~A 2 A ~B , B ~A;()对称性若则 3 A ~B,B ~C, A ~C ()传递性若则。(课本P59) 行阶梯形矩阵:可画出一条阶梯线,线的下方全为零,每个台阶只有一行,台阶数即是非零行的行数阶梯线的竖线(每段竖线的长度为一行)后面的第一个元素为非零元,也是非零行的第一个非零元。 行最简形矩阵:行阶梯矩阵中非零行的第一个非零元为1,且这些非零元所在的列的其他元素都为0. 标准型:对行最简形矩阵再施以初等列变换,可以变换为形如r m n E O F O O ???= ???的矩阵,称为标准型。标准形矩阵是所有与矩阵A 等价的矩阵中形状最简单的矩阵。 初等变换的性质

设A 与B 为m ×n 矩阵,那么 (1);r A B m P PA B ?=:存在阶可逆矩阵,使 (2)~;c A B n Q AQ B ?=存在阶可逆矩阵,使 (3)P ;A B m P n Q AQ B ?=:存在阶可逆矩阵,及阶可逆矩阵,使 初等矩阵:由单位矩阵经过一次初等变换得到的方阵称为初等矩阵。 初等矩阵的性质 设A 是一个m ×n 矩阵,则 (1)对A 施行一次初等行变换,相当于在A 的左边乘以相应的m 阶初等矩阵; ~;r A B m P PA B ?=即存在阶可逆矩阵,使 (2)对A 施行一次初等列变换,相当于在A 的右边乘以相应的n 阶初等矩阵; 即~;c A B n Q AQ B ?=存在阶可逆矩阵,使 (3)~P ;A B m P n Q AQ B ?=存在阶可逆矩阵,及阶可逆矩阵,使 (4)方阵A 可逆的充分必要条件是存在有限个初等方阵1212,,,,l l P P P A PP P =L L 使。 (5)~r A A E 可逆的充分必要条件是。(课本P ? ) 初等变换的应用 (1)求逆矩阵:()1(|)|A E E A -????→初等行变换或1A E E A -????????→ ? ????? 初等列变换。 (2)求A -1B :A (,) ~ (,),r A B E P 即() 1(|)|A B E A B -??→行,则P =A -1B 。或1E A B BA -????????→ ? ????? 初等列变换. 第二节 矩阵的秩

Matlab线性方程组求解(Gauss消去法)

Matlab线性方程组求解 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 -0.0092 0.0095;-0.0092 0.9903 0.0136;0.0095 0.0136 0.9898]; >> b=[1 0 1]'; >> 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; end if r>k %交换两行 for j=k:n

总结求线性方程组的方法

总结求线性方程组的方法-标准化文件发布号:(9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

华北水利水电大学 总结求线性方程组的方法 课程名称:线性代数 专业班级: 成员组成: 联系方式: 2014年12月31日

摘要:线性方程组的求解是当代代数学中的一个重要组成部分。它广泛应用在数学以及其他领域。它与矩阵、线性变换、行列式、向量组的线性相关性,二次型,这些型之间有着相当密切的联系。线性方程组是线性代数中一个相当基础的内容必须要学会以及熟悉内容。本文章主要说明和讨论线性方程组的基本结构,然后应用克拉莫法则,高斯消元法来来求解。 关键词:线性方程组、高斯消元法、克拉莫法则; Summary for the method of liner equations Abstract: Solution of the system of linear equations is an important component part of algebra. It is widely used in mathematics and other areas. It and determinant, matrix, linear transformation, linear correlation vector group, quadratic form, has the close relation. System of linear equations is a very basic content in linear algebra must grasp and familiar with the content. This article mainly explain and discuss the basic structure of system of linear equations, then apply law of kramer, gauss elimination method to solve.

第一章 第四讲 n元线性方程组求解

第四讲 n 元线性方程组求解 上一讲我们介绍了当n 元一次线性方程组的系数矩阵A 可逆时,可求出方程组解 1X A b -=,实际上这也是方程组的唯一解。如果方程组系数矩阵A 不可逆或A 不是方阵时, 该如何来讨论方程组的解?这一讲将通过矩阵的初等变换来研究n 元一次线性方程组(齐次、非齐次)在什么条件下有解、如何求解以及各种解的表达形式等. n 元一次线性方程组是指形如 ???????=+++=+++=+++m n mn m m 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 22112 22221211 1212111 ... ...(4.1) 令 111212122212n n m m mn a a a a a a A a a a ?? ? ?= ? ? ??,12n x x X x ?? ? ?= ? ???,12m b b b b ?? ? ?= ? ??? 则方程组的矩阵方程形式AX b =.其中:A 称为方程组(4.1)的系数矩阵,()A A b =称为方程组(4.1)的增广矩阵。 当b O ≠时,称(4.1)式为一元线性非齐次线性方程组; 当b O =时,称 (4.2 ) 式为一元线性齐次线性方程组,其矩阵形式AX O =. 1111221211222211220 00 n n n n m m mn n a x a x a x a x a x a x a x a x a x +++=??+++=????++ +=? ... ...(4.2) 显然X O =是(4.2)式的当然解。所以说,齐次线性方程组的解只有两种情况:唯一解(零解)和无穷多解(非零解)。 把非齐次线性方程组(4.1)式的每个方程右边的常数项都换成0,所得到的齐次线性方程组称为原方程组的导出齐次线性方程组,简称导出组。(即:(4.2)是(4.1)的导出组) 在第二讲的例2.12中,非齐次方程组的解是通过对方程组的增广矩阵实施初等行变换得到的. 那么,这种求解方法是不是对任意的线性方程组都适用?答案是肯定的。下面我们就给出理论证明. 定理4.1 若将非齐次线性方程组AX b =的增广矩阵()A A b =用初等行变换化为

第三章知识点总结 矩阵的初等变换与线性方程组

第三章矩阵的初等变换与线性方程组 第一节 矩阵的初等变换 初等行变换 ()1()i j r r ?对调两行,记作。 ()20()i k r k ≠?以数乘以某一行的所有元素,记作。 ()3()i j k r kr +把某一行所有元素的倍加到另一行对应的元素上去,记作。 初等列变换:把初等行变换中的行变为列,即为初等列变换,所用记号是把“r ”换成“c ”。 扩展 矩阵的初等列变换与初等行变换统称为初等变换,初等变换的逆变换仍为初等变换, 且类型相同。 矩阵等价 A B A B 如果矩阵经有限次初等变换变成矩阵,就称矩阵与等价。 等价关系的性质 (1)反身性 A~A 2 A ~B , B ~A;()对称性若则 3 A ~B,B ~C, A ~C ()传递性若则。(课本P59) 行阶梯形矩阵:可画出一条阶梯线,线的下方全为零,每个台阶只有一行,台阶数即是非零行的行数阶梯线的竖线(每段竖线的长度为一行)后面的第一个元素为非零元,也是非零行的第一个非零元。 行最简形矩阵:行阶梯矩阵中非零行的第一个非零元为1,且这些非零元所在的列的其他元素都为0. 标准型:对行最简形矩阵再施以初等列变换,可以变换为形如r m n E O F O O ???= ???的矩阵,称为标准型。标准形矩阵是所有与矩阵A 等价的矩阵中形状最简单的矩阵。 初等变换的性质 设A 与B 为m ×n 矩阵,那么 (1);r A B m P PA B ?= 存在阶可逆矩阵,使 (2)~;c A B n Q AQ B ?=存在阶可逆矩阵,使 (3)P ;A B m P n Q AQ B ?= 存在阶可逆矩阵,及阶可逆矩阵,使 初等矩阵:由单位矩阵经过一次初等变换得到的方阵称为初等矩阵。 初等矩阵的性质 设A 是一个m ×n 矩阵,则 (1)对A 施行一次初等行变换,相当于在A 的左边乘以相应的m 阶初等矩阵; ~;r A B m P PA B ?=即存在阶可逆矩阵,使

线性方程组的解法

线性方程组的解法 1 引言 在科学研究和大型工程设计中出现了越来越多的数学问题,而这些问题往往需要求数值解。在进行数值求解时,经离散后,常常归结为求解形如Ax= b的大型线性方程组。而如插值公式,拟合公式等的建立,微分方程差分格式的构造等,均可归结为求解线性方程组的问题.在工程技术的科学计算中,线性方程组的求解也是最基本的工作之一.因此,线性方程组的解法一直是科学和工程计算中研究最为普遍的问题,它在数值分析中占有极其重要的地位。20世纪50年代至70年代,由于电子计算机的发展,人们开始考虑和研究在计算机上用迭代法求线性方程组Ax =b的近似解,用某种极限过程去逐渐逼近精确解,并发展了许多非常有效的迭代方法,迭代法具有需要计算机存储单元少、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。例如Jacobi方法、Gauss—Seidel 方法、SOR方法、SSOR 方法,这几种迭代方法是最常用的一阶线性定常迭代法。 2 主要算法 20世纪50年代至70年代,人们开始考虑和研究用迭代法求解线性方程组。 Ax = b (1) 的近似解,发展了许多有效的方法,其中有Jacobi方法、Gauss—Seidel方法,SOR方法、SSOR方法,这几种迭代方法均属一阶线性定常迭代法,即若系数矩阵A的一个分裂:A =M-N ;M 为可逆矩阵,线性方程组(1)化为: (M-N)X =b; →M X = NX + b; →X= M -1NX+ M-1b 得到迭代方法的一般公式: X(k+1)=HX(k)+d (2) 其中:H =MN-1,d=M-1b,对任意初始向量X(0) 一阶定常迭代法收敛的充分必要条件是: 迭代矩H的谱半径小于1,即ρ(H) < 1;又因为对于任何矩阵范数恒有ρ(H)≤‖H‖,故又可得到收敛的一个充分条件为:‖H‖< 1。 2.1 Jacobi迭代法 若D为A的对角素构成的对角矩阵,且对角线元素全不为零。系数矩阵A的一个分解:A =

矩阵分解与线性方程组求解

一、 用列主元素高斯削去法求解下述线性方程组: ?????? ?-=+--=++---=--+=--+36 15531495102210762133421342143214 3214321x x x x x x x x x x x x x x x 程序: function x=gaussa(a) m=size(a); n=m(1); x=zeros(n,1); for k=1:n-1 [c,i]=max(abs(a(k:n,k))); q=i+k-1; if q~=k d=a(q,:);a(q,:)=a(k,:);a(k,:)=d end for i=k+1:n a(i,:)=a(i,:)-a(k,:)*a(i,k)/a(k,k) end end for j=n:-1:1 x(j)=(a(j,n+1)-a(j,j+1:n)*x(j+1:n))/a(j,j) end 执行过程: >> a=[1 13 -2 -34 13;2 6 -7 -10 -22;-10 -1 5 9 14; -3 -5 0 15 -36] a = -10 -1 5 9 14 2 6 -7 -10 -22 1 13 -2 -34 13 -3 -5 0 15 -36 >> gaussa(a) a = -10.0000 -1.0000 5.0000 9.0000 14.0000 0 5.8000 -6.0000 -8.2000 -19.2000 1.0000 13.0000 -2.0000 -34.0000 13.0000 -3.0000 -5.0000 0 15.0000 -36.0000 a = -10.0000 -1.0000 5.0000 9.0000 14.0000 0 5.8000 -6.0000 -8.2000 -19.2000 0 12.9000 -1.5000 -33.1000 14.4000 -3.0000 -5.0000 0 15.0000 -36.0000 a = -10.0000 -1.0000 5.0000 9.0000 14.0000 0 5.8000 -6.0000 -8.2000 -19.2000 0 12.9000 -1.5000 -33.1000 14.4000 0 -4.7000 -1.5000 12.3000 -40.2000

线性方程组的Guass消元法求解

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:

线性方程组与矩阵

高代小练习 专业课研究部 一、填空题 1.设n 元齐次线性方程组的系数矩阵的秩r < n ,则方程组的基础解系由_n-r__个解向量组成. 2.向量组123,,ααα线性无关,则122331(,,)rank αααααα+++=__3____. 3.设向量组12,,,r βββ 可以由向量组12,,,s ααα 线性表出.如果向量组12,,,r βββ 线性无关,则r __<=___s (填大小关系). 4.在数域K 上的4维向量空间K 4内,给定向量组α1 =(1,-3,0,2)α2 =(-2,1,1,1)α3 =(-1,-2, 1,3),则此向量组的秩是_2____. 5.若V={(a+bi ,c+di)|a,b,c,d 属于R},则V 对于通常的加法和数乘,在复数域上是__2____维的,而在实数域上是__4_____维的. 6.设线性方程组AX=0的解都是线性方程组BX=0的解,则秩A ?>=??秩B. 7.设t ηηη,,,21 及t t ηληληλ+++ 2211都是)0(≠=b b AX 的解向量,则 =+++t λλλ 21______。 8.设任意一个n维向量都是齐次线性方程組0=AX 的解向量,则=)(A r ______。 9.已知321,,ααα是齐次方程组0=AX 的基础解系,那么基础解系还可以是______. (A) 332211αααk k k ++ (B) 133221,,αααααα+++ (C) 3221,αααα-- (D) 233211,,αααααα-+- 10.在三维几何空间中,用V 1表示通过原点的直线,V 2表示通过原点且与V 1垂直的平面,试求 21V V ?=_原点____,和21V V ?=_整个空间R 3 ____。 二.解答题 1.在4维向量空间中, (1)求基 到基 的过渡矩阵。

(完整版)解线性方程组的消元法及其应用

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

解线性方程组的直接解法

解线性方程组的直接解法 一、实验目的及要求 关于线性方程组的数值解法一般分为两大类:直接法与迭代法。直接法是在没有舍入误差的情况下,通过有限步运算来求方程组解的方法。通过本次试验的学习,应该掌握各种直接法,如:高斯列主元消去法,LU分解法和平方根法等算法的基本思想和原理,了解它们各自的优缺点及适用范围。 二、相关理论知识 求解线性方程组的直接方法有以下几种: 1、利用左除运算符直接求解 线性方程组为b x\ =即可。 A Ax=,则输入b 2、列主元的高斯消元法 程序流程图: 输入系数矩阵A,向量b,输出线性方程组的解x。 根据矩阵的秩判断是否有解,若无解停止;否则,顺序进行; 对于1 p :1- =n 选择第p列中最大元,并且交换行; 消元计算; 回代求解。(此部分可以参看课本第150页相关算法) 3、利用矩阵的分解求解线性方程组 (1)LU分解 调用matlab中的函数lu即可,调用格式如下: [L,U]=lu(A) 注意:L往往不是一个下三角,但是可以经过行的变换化为单位下三角。 (2)平方根法

调用matlab 中的函数chol 即可,调用格式如下: R=chol (A ) 输出的是一个上三角矩阵R ,使得R R A T =。 三、研究、解答以下问题 问题1、先将矩阵A 进行楚列斯基分解,然后解方程组b Ax =(即利用平方根法求解线性方程组,直接调用函数): ??????? ??--------=19631699723723312312A ,?????? ? ??-=71636b 解答: 程序: A=[12 -3 2 1;-3 23 -7 -3;2 -7 99 -6;1 -3 -6 19]; R=chol(A) b=[6 3 -16 7]'; y=inv(R')*b %y=R'\b x=inv(R)*y %x=R\y 结果: R =3.4641 -0.8660 0.5774 0.2887 0 4.7170 -1.3780 -0.5830 0 0 9.8371 -0.7085 0 0 0 4.2514 y =1.7321 0.9540 -1.5945 1.3940 x =0.5463 0.2023 -0.1385 0.3279 问题 2、先将矩阵A 进行LU 分解,然后解方程组b Ax =(直接调用函数): ?????????? ??----=8162517623158765211331056897031354376231A ,????????? ? ??-=715513252b

线性方程组解题方法技巧与题型归纳

线性方程组解题方法技巧与题型归纳 题型一 线性方程组解的基本概念 【例题1】如果α1、α2是方程组 123131233231 2104 x x ax x x x ax x --=?? -=??-++=? 的两 个不同的解向量,则a 的取值如何 解: 因为α1、α2是方程组的两个不同的解向量,故方程组有无穷多解,r(A)= r(Ab)<3, 对增广矩阵进行初等行变换: 21131132031022352104002314510a a a a a a a ----???? ? ?-→-- ? ? ? ?-----???? 易见仅当a=-2时,r(A)= r(Ab)=2<3, 故知a=-2。 【例题2】设A 是秩为3的5×4矩阵, α1、α2、 α3是非齐次线性方程组Ax=b 的三个不同的解,若α1+α2+2α3=(2,0,0,0)T , 3α1+α2= (2,4,6,8)T ,求方程组Ax=b 的通解。 解:因为r(A)= 3,所以齐次线性方程组Ax=0的基础解系由4- r(A)= 1个向量构成, 又因为(α1+α2+2α3)-(3α1+α2) =2(α3-α1)=(0,-4,-6,-8)T , 是Ax=0的解, 即其基础解系可以是(0,2,3,4)T , 由A (α1+α2+2α3)=Aα1+Aα2+2Aα3=4b 知1/4

(α1+α2+2α3)是Ax=b 的一个解, 故Ax=b 的通解是 ()1,0,0,00,2,3,42T T k ?? + ??? 【例题3】已知ξ1=(-9,1,2,11)T ,ξ2=(1,- 5,13,0)T ,ξ3=(-7,-9,24,11)T 是方程组 12234411223441 234432332494x a x x a x d x b x x b x x x x c x d +++=?? +++=??+++=?的三个解,求此方程组的通解。 分析:求Ax=b 的通解关键是求Ax=0的基础解系,判断r(A)的秩。 解:A 是3×4矩阵, r(A)≤3,由于A 中第2,3两行不成比例,故r(A)≥2,又因为 η1=ξ1-ξ2=(-10,6,-11,11)T , η2=ξ2-ξ3= (8,4,-11,-11)T 是Ax=0的两个线性无关的解向量, 于是4- r(A)≥2,因此r(A)=2,所以ξ1+k 1η1+k 2η2是通解。 总结: 不要花时间去求方程组,太繁琐,由于ξ1-ξ2,ξ1-ξ3或ξ3-ξ1,ξ3-ξ2等都可以构成齐次线性方程组的基础解系,ξ1,ξ2,ξ3都是特解,此类题答案不唯一。 题型2 线性方程组求解

n元线性方程组求解

第四讲 n 元线性方程组求解(3节) 上一讲我们介绍了当n 元一次线性方程组的系数矩阵A 可逆时,可求出方程组解 1X A b -=,实际上这也是方程组的唯一解。如果方程组系数矩阵A 不可逆或A 不是方阵时, 该如何来讨论方程组的解?这一讲将通过矩阵的初等变换来研究n 元一次线性方程组(齐次、非齐次)在什么条件下有解、如何求解以及各种解的表达形式等. n 元一次线性方程组是指形如 ???????=+++=+++=+++m n mn m m 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 22112 22221211 1212111 ... ...(4.1) 令 11121212221 2 n n m m mn a a a a a a A a a a ?? ? ?= ? ???,12n x x X x ?? ? ?= ? ???,12m b b b b ?? ? ?= ? ??? 则方程组的矩阵方程形式AX b =.其中:A 称为方程组(4.1)的系数矩阵,()A A b =称为方程组(4.1)的增广矩阵。 当b O ≠时,称(4.1)式为一元线性非齐次线性方程组; 当b O =时,称 (4.2 ) 式为一元线性齐次线性方程组,其矩阵形式AX O =. 111122121122221122000 n n n n m m mn n a x a x a x a x a x a x a x a x a x +++=??+++=????++ +=? ... ...(4.2) 显然X O =是(4.2)式的当然解。 把非齐次线性方程组(4.1)式的每个方程右边的常数项都换成0,所得到的齐次线性方程组称为原方程组的导出齐次线性方程组,简称导出组。(即:(4.2)是(4.1)的导出组) 在第二讲的例2.12中,非齐次方程组的解是通过对方程组的增广矩阵实施初等行变换得到的. 那么,这种求解方法是不是对任意的线性方程组都适用?答案是肯定的。下面我们先给出理论证明. 定理4.1 若将非齐次线性方程组AX b =的增广矩阵()A A b =用初等行变换化为 ()V U ,则方程组AX b =与V UX =同解。

线性代数习题第三章 矩阵的初等变换与线性方程组

习题3-1 矩阵的初等变换及初等矩阵 1、用初等行变换化矩阵 1021 2031 3043 A - ?? ?? =?? ?? ?? 为行最简形、 2、用初等变换求方阵 321 315 323 A ?? ?? =?? ?? ?? 的逆矩阵、 3、设 412 221 311 A - ?? ?? =?? ?? - ?? , 3 22 31 - ?? ?? ?? ?? - ?? 1 B=,求X使AX B =、 4、设A就是n阶可逆矩阵,将A的第i行与第j行对换后得矩阵B、 (1) 证明B可逆(2)求1 AB-、

习题 3-2 矩阵的秩 1、求矩阵的秩: (1)310211211344A ????=--????-?? (2)111212122212n n n n n n a b a b a b a b a b a b B a b a b a b ??????=??????L L L L L L L 01,2,,i i a b i n ≠????=?? L 2、设12312323k A k k -????=--????-?? 问k 为何值,可使 (1)()1R A =; (2)()2R A =; (3)()3R A =、

3、 从矩阵A 中划去一行,得矩阵B ,则)(A R 与)(B R 的关系就是 、 .()()a R A R B = .()()b R A R B <; .()()1c R B R A >-; .()()() 1.d R A R B R A ≥≥- 4、 矩阵???? ??????-------815073*********的秩R= 、 a 、1; b 、 2; c 、 3; d 、 4、 5、 设n (n ≥3)阶方阵????? ???????=111ΛΛΛΛΛΛΛΛa a a a a a a a a A 的秩R (A )=n -1,则a = 、 a 、 1; b 、 n -11; c 、 –1; d 、 1 1-n 、 6、设A 为n 阶方阵,且2A A =,试证: ()()R A R A E n +-=

线性方程组的解法及其应用

线性方程组的解法及其应用 The solution of linear equation and its application 专业:测控技术与仪器 班级: 2010-1班 作者:刘颖 学号: 20100310110105

摘要 线性方程组是线性代数的一个重要组成部分,也在现实生产生活中有着广泛的运用,在电子工程、软件开发、人员管理、交通运输等领域都起着重要的作用。在一些学科领域的研究中,线性方程组也有着不可撼动的辅助性作用,在实验和调查后期利用线性方程组对大量的数据进行处理是很方便简捷的选择。本文主要围绕如何解线性方程组来进行讲解,对于不同类型的线性方程组的不同方法,并简述线性方程组的一些实际应用。 关键词: 齐次线性方程组,非齐次线性方程组,克莱姆法则,消元法,矩阵,矩阵的秩,特解,通解。

Abstract Linear equations linear algebra is one of the important component parts, and in real life has extensive production use,and it plays an important role in electronic engineering, software development, personnel management, transportation, etc. In some discipline study, it also has the reigns of linear equations of the auxiliary function.In experiment and survey using the linear equations of the late on the data processing is very convenient simple choice. This article, focusing on how to solve linear equations to explain, for different types of linear equations of different methods, and briefly introduces some of the practical application of linear equations. Keywords: Homogeneous linear equations, Non homogeneous linear equation,Clem’s law,Elimination method,Matrix,Rank of matrix,Special solution,General solution.

线性方程组的矩阵求法.

线性方程组的矩阵求法 摘要: 关键词: 第一章引言 矩阵及线性方程组理论是高等代数的重要内容, 用矩阵 方法解线性方程组又是人们学习高等代数必须掌握的基本 技能,本文将给出用矩阵解线性方程组的几种方法,通过对线性方程组的系数矩阵(或增广矩阵)进行初等变换得到其解,并列举出几种用矩阵解线性方程组的简便方法。 第二章用矩阵消元法解线性方程组 第一节预备知识 定义1:一个矩阵中不等于零的子式的最大阶数叫作这个矩阵的秩。定理1:初等变换把一个线性方程组变为一个与它同解的线性方程组。 定义2:定义若阶梯形矩阵满足下面两个条件: (1)B的任一非零行向量的第一个非零分量(称为的 一个主元)为1; (2)B中每一主元是其所在列的唯一非零元。 则称矩阵为行最简形矩阵。 第二节 1.对一个线性方程组施行一个初等变换,相当于对它的增广矩

阵施行一个对应的行初等变换,而化简线性方程组相当于用行初等变换化简它的增广矩阵,因此,我们将要通过花间矩阵来讨论化简线性方程组的问题。这样做不但讨论起来比较方便,而且能给我们一种方法,就一个线性方程组的增广矩阵来解这个线性方程组,而不必每次都把未知量写出来。 下面以一般的线性方程组为例,给出其解法: (1) 11112211 21122222 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 +++= +++= +++ = 根据方程组可知其系数矩阵为: (2) 11121 21222 12 n n m m mn a a a a a a a a a ?? ? ? ? ? ??? 其增广矩阵为: (3) 111211 212222 12 n n m m mn m a a a b a a a b a a a b ?? ? ? ? ? ??? 根据(2)及矩阵的初等变换我们可以得到和它同解的线性方程组,并很容易得到其解。 定理2:设A是一个m行n列矩阵

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