当前位置：文档之家 › 线性方程组的消元解法 ppt课件

线性方程组的消元解法 ppt课件

  • 格式：ppt
  • 大小：1.45 MB
  • 文档页数：57

下载文档原格式

  / 57

合集下载

线性方程组的消元法

线性方程组的消元法
（1）交换方程组中某两个方程的位置； （2）用一个非零数乘某一个方程； （3）用一个数乘以某一个方程后加到另一个方程上． 以上三种变换称为线性方程组的初等变换． 定义 1 如果两个方程组有相同的解集合，就称它们是同解的或等价的方程组．
1.2 消元法与矩阵初等变换的关系
定义
定义 2 设 n 元线性方程组
1( 3 )
2
x1
x 2 x2
2x x3
3
2 2
x3 4
(1) ， (2) ， (3) ，
解得 x3 4 ，x2 6 ，x1 12 ．
系数矩阵是阶梯形矩阵的方程组称为阶梯形方程组。
（4-1）
1.1 消元法
定义
消元法解线性方程组的实质是反复地对方程组进行变换，得到阶梯形方程组．而所作的 变换，也只有以下三种类型．
线性代数
1.1 消元法
例题
例1
2x1 x2 5x3 2
解线性方程组
x1
x2 2x3 2
x1 2x2 x3 4
(1) ， (2) ， (3) ．
解：为了更方便地表达解题过程，可用符号来表示，符号含义如下： (1) (2) 表示交
换方程 (1) 与 (2) ； (2) 2(1) 表示方程 (2) 减去方程 (1) 的 2 倍，类似地， (3) (1) 表示方程 (3)
加方程 (1) ， (3) (2) 表示方程 (3) 减去方程 (2) ； 1 (3) 表示方程 (3) 乘以 1 ．
2
2
消元法解方程组的过程表示如下．
2x1 x2 5x3 2 (1)
x1 x2 2x3 2 (1)
x1
x2 2x3 2
(2) (1)(2) 2x1 x2 5x3 2

线性代数—解线性方程组的消元法PPT课件

线性代数—解线性方程组的消元法PPT课件

0 0 0 0 0
其中 cii 0 (i 1,, r ),
方程组有解的充分必要条件是
dr1 0 .
15
第15页/共26页
实际上 r 即为系数矩阵 A 的秩, r r( A) , 若 dr1 0 ,则 r( A) r( A) r ,
若 dr1 0 ,则 r( A) r( A) 1 ,
20
第20页/共26页
例6 下面的线性方程组当a、b为何值时有解？在有解
的情况下，求出全部解。
2 x1 x2 x3 x4 1
7
x1 x1 2
x2 x2
x3 x4 2x3 4
x4
2
a
7 x1 x2 x3 5 x4 b
解
2 1 1 1 1 1 1 1 1
2
本章讨论关于线性方程组的两个问题： 一、探讨n个未知数m个方程的线性方程组的解法（即下面介绍的高斯消元 法）。 二、从理论上探讨线性方程组解的情况：何时有解，何时无解。若有解，则 有多少组解；若有无穷多解，如何表示。
运用n维向量的理论可全面地解决第二个方面的问题。
1
第1页/共26页
第一节 解线性方程组的消元法
2 1 1 1 2
2 3
3 6
1 9
1 7
92
r2 r3
r3 2r1
r4 3r1
1 1 2 1 4
0 2 2 2 0
0 0
5 3
5 3
3 4
63
r2 2 1 1 2 1 4
r3 5r2 0 1 1 1 0
r4 3r2
0 0
0 0
0 0
2 1
36
10
第10页/共26页
例1

线性方程组的消元解法课件

线性方程组的消元解法课件
+ + - = am1x1 + am2x2 + + amnxn = bm
可以用矩阵形式表示为 Ax=b，其中
矩阵
a11 a12 a1n b1
(A b)=
a21
a22 a2n
b2
am1 am2 amn bm
称为线性方程组的增广矩阵。
PPT学习交流
3
下页
一、线性方程组的矩阵表示：
1 5 -1 -1 -1
解： (A b)=
1 1
6 -2 -3 -3 3133
11377
1 5 -1 -1 -1
0 1 -1 -2 -2 0 -2 2 4 4
0 -4 4 8 8
1 5 -1 -1 -1
10499
0 1 -1 -2 -2 00000
0 1 -1 -2 -2 00000
，
00000
00000
形矩阵继续施以初等行变换，化成行最简形矩阵；
第四步，写出方程组的解。
PPT学习交流
10
下页
例2．解线性方程组
x1 + 5x2 - 5x3 - x4 =- 1 x1 + 6x2 - 2x3 - 3x4 =- 3 。 x1 + 3x2 + x3 + 3x4 = 3 x1 + x2 + 3x3 + 7x4 = 7
8
线性方程组解的判定定理：
定理3：n元线性方程组Ax=b
（1）无解
R(A)R(A,b);
（2）有唯一解 R (A )=R (A ,b)=n;
（3）有无穷多解 R (A )=R (A ,b)n.
PPT学习交流
9

第一节 线性方程组的消元解法

第一节 线性方程组的消元解法

解
用消元法
2 x1 − 3 x2 + 2 x3 = 9 3 x1 + 2 x2 + 9 x3 = 19 x1 + x2 + 2 x3 = 4 x1 + x2 + 2 x3 = 4 ①,③ 3 x + 2 x + 9 x = 19 1 2 3 互换 2 x1 − 3 x2 + 2 x3 = 9 x1 + x2 + 2 x3 = 4 − x + 3x = 7 2 3 −17 x3 = −34
(-3)①+② 3)① (-2)①+③ 2)①
x1 + x2 + 2 x3 = 4 (-5)②+③ 5)② − x2 + 3 x3 = 7 −5 x 2 − 2 x 3 = 1
阶梯形方程组

x1 + x 2 + 2x 3 = 4
− x 2 + 3x 3 = 7 −17x 3 = −34
− 1 ③ 17

x1 + x 2 + 2x 3 = 4 − x 2 + 3x 3 = 7 x3 = 2 =0 =1
x3 = 2
阶梯形方程组
(-3)③+② 3)③ (-2)③+① 2)③
x1 + x 2 − x2
x1
=1 x2 = −1
x3 = 2
简化阶梯形矩阵每个1对应的未知量为非自由未知量其余的为自由未知量令自由未知量为任意常数将非自由未知量用自由未知量表示出来就得到方程的全部解
第三章
线性方程组
克莱姆法则

线性代数第1章解线性方程组的消元法与矩阵的初等变换PPT课件

线性代数第1章解线性方程组的消元法与矩阵的初等变换PPT课件
否则称之为无解或不相容。
当(1)式右端常数全为0而得到的齐次线性方程组
a11 x1 a12 x2
a21 x1
a22 x2
am1 x1 am2 x2
a1n xn 0 a2n xn 0
amn xn 0
成为(1)导出的齐次线性方程组。
- 30 -
定义 由方程组(1)的系数与常数项组成的矩阵
几种特殊的方阵（P4）
1. 对角矩阵(约定:未写出的元素全为零)
d1
D
d2
d
n
记作 D d ia g ( d 1 ,d 2 , ,d n )
2. 数量矩阵
A
- 11 -
3. 单位矩阵
1
E
1
1
4.上(下)三角矩阵
a11 A
a12 a22
上三角
a1n
a2n
- 16 -
定义 称矩阵的下面三种变换分别为第一、第二、 第三种初等行变换:
(1) 交换矩阵的某两行，记为 ri rj (2) 以不等于０的数乘矩阵的某一行，记为 k ri (3) 把矩阵的某一行乘上一个数加到另一行上，
记为 ri krj
类似定义三种初等列变换:
( 1 ) c i c j( 2 ) k i ( k c 0 )( 3 ) c i k j c
2 2
2
0
1 2
r2
0
1 1
1
0
r3 2r1 0 5 5 3 6 0 5 5 3 6
r4 3r1
0
3 3
4
3
0
3 3
4
3
- 24 -
1 1 2 1 4
1 1 2 1 4
r35r2

线性代数第1章消元法.ppt

线性代数第1章消元法.ppt

1 0
1 1
-2 -1
1 1
4 0
r4 - 2r3
0 0
0 0
0 0
1 0
- 03
1 0 -1 0 4
r1 - r2 0 1 - 1 0 3
r2 - r3 0 0 0 0
0 1 - 3 0 0 0
定义 (等价关系)
在一个集合 S 中如果有一种关系 R 满足: (1) 自反性：aRa;
(2) 对称性：aRb bRa; (3) 传递性：aRb, bRc aRc。
(1)-(3)×2，(2)+(3)×2
x1
-
x2 3 x2
-3 6
x3 2
r1 - 2 r3 r2 2 r3
1
1
0 - 3
0 -3 0 6
0 0 1 2
(2) ×(-1/3)
x1 x2 x2
-3 -2
x3 2
r2
-
1 3
1
1
0
- 3
0 1 0 -2
0 0 1 2
a21
a22
am1 am2
n) 和常数项 bk
a1n b1
a2n
b2
amn bm
引例2 ( P2 问题3 ) 四个城市间的单向航线如图：
1
4
2
3
可简单地用一个数表来表示：
①②③④
②①
0 1
1 0
1 0
1 0
③ 0 1 0 0 ④ 1 0 1 0
1表示有航班,0 表示没有航班
定义 由m n个数aij (i 1，2，, m；j 1，2，, n)排成
例如
1 5 -1 -1
1 5 -1 -1

线性方程组消元法

§1 线性方程组消元法引例：用消元法求解线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=+-=-+2875342622321321321x x x x x x x x x解：为观察消元过程，我们将消元过程中每个步骤的方程组及与其对应的矩阵一并列出：⎪⎩⎪⎨⎧=++=+-=-+2875342622321321321x x x x x x x x x ①←→⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--2836141722512 ① ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=+-=-+1327202936223232321x x x x x x x ②←→ ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--13062/72/91232002 ② ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==+-=-+132130293622332321x x x x x x ③←→ ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--13062/132/91032002 ③ ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==+-=-+20293622332321x x x x x x ④←→ ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--20612/91032002 ④ 从最后一个方程得到X3=2，将其代入第二个方程可得到x2=3，再将x2=3 与X3=2一起代入第一个方程得到x1=1。

通常我们把过程①——④称为消元过程，矩阵④是行阶梯型矩阵，与之对应的方程组④则称为行阶梯型方程组。

从上述过程可以看出，用消元法求解线性方程组的具体做法就是对方程组反复实施以下三种变换：（1） 交换某两个方程的位置；（2） 用一个非0数乘某一个方程的两边；（3） 将一个方程的倍数加到另一个方程上去。

以上三种变换称为线性方程组的初等变换。

而消元法的目的就是利用方程组的初等变换将原方程组化为阶梯形方程组，显然这个阶梯形方程组与原方程组同解。

如果用矩阵表示其系数及常数项，则将原方程组化为阶梯形方程组的过程就是将对应矩阵化为行阶梯形矩阵的过程。

将一个方程组化为行阶梯形方程组的步骤并不是唯一的，所以，同一个方程组的行阶梯形方程组也不是唯一的。

线性代数 高斯(Gauss)消元法ppt课件


线
2x1 8x2 6x3 6 ③
性
方 程 组
② 2① ③ ①
x1 x2 2 x3 1 3x2 3x3 0 3x2 x3 2
① ② ③
“回代”求解得：
x1 2, x2 1, x3 1.
①② ③ 0.5
③①
2
x1 x1
x2 2x3 1 ① x2 x3 2 ②
线 性
解
(2) 可知方程组有无穷多解， 即对任意的 x2，有
方 程 组
x1 x2
2x2 x2，
7，
x3 2 .
其中 x2 为自由未知量。
即
x1 2 7 x2 k 1 0 ,
( k 任意)
x3 0 2
注意体会求解“结果”的写法及表达方式。
10
§4.2 高斯(Gauss)消元法
x1 4x2 3x3 3 ③
x1 x2 3x2
2x3 3x3
1 0
2x3 2
继续“消元”得：
x1
x2
2 1
x3 1
3
§4.2 高斯(Gauss)消元法
第 启示 四 章
线 性 方 程 组
事实上，从上述对线性方程组的求解过程中可知： 真正参与运算的是线性方程组的系数项和常数项， 而未知量并不需要参与运算。
2
x1 x1
x2 2x3 1 x2 x3 2
x1 4 x2 3 x3 3
① ② ③
② 2① ③ ①
x1 x2 2 x3 1 3x2 3x3 0 3x2 x3 2
① ② ③
2 1 1 2 1 1 2 1 2 8 6 6 1 1 2 1 2 1 1 2 1 4 3 3 1 1 2 1 0 3 3 0 0 3 1 2

1线性方程组的消元解法


dr1 0 时，方程组有解
r( A ) r( Ab )
r n 时，方程组有唯一解 r( A ) r( Ab ) n r n 时，方程组有无穷多解 r( A ) r( Ab ) n
即： 线性方程组化为阶梯形后，有 r( A ) r( Ab ) 无解
r( A ) r( Ab ) n 唯一解
x1
13 7
3 7
c1
13 7
c2
x2
4 7
2 7
c1
4 7
c2
x3 c1
x4
c2
四、齐次线性方程组的求解 1、定理3.2 齐次线性方程组有非零解的充分必要条件
是： r( A ) n
例5 解齐次线性方程组
x1 x2 5 x3 x4 0
x1 x2 2 x3 3x4 0
则方程组可写为： AX b
Ab
a11 a12 a1n b1
a21 a22 a2n b2
am1
am2
amn
bm
2、求解步骤：
① 写出增广矩阵
② 化为阶梯形
③ 判断是否有解，如有解
④ 进行回代
称为增广矩阵
化为阶梯形
a'
11
x1
a' 12 x2 a' 22 x2
1 0 1 7
0
1
4 1
8 9
2 4
方程组有无穷多个解
引例3 线性方程组
x31x1
2
x2 x2
3x3 5x3
x4 3x4
1
2
2x1 x2 2x3 2x4 3
解：消元得
x1
2x2 5x2
3x3 x4 4x3 1

第三章第1节线性方程组的消元解法


（一）线性方程组的初等变换： 1、互换两个方程的位置； 2、用一个非零的数乘某一方程； 3、把一个方程的k倍加到另一个方程上.
消元过程实际上是方程组 (3.1)经过一系列初等变 换化成阶梯形方程组,再经一系列初等变换求出解； 相当于对该方程组的增广矩阵反复施以初等行变 换化成阶梯形矩阵.
定理 初等变换总是把方程组变成同解方程组.
c11 x1 c12 x2 c1n xn d1 c22 x 2 c2 n x n d 2 c nn x n d n
（3.5）
对(3.5)进行
回代过程, 得唯一解
15赵辉
3、 如果d r 1 0, r n则方程组(3.1)有无穷多解. ,

25赵辉
当a 1时，r ( A) r ( A ) 3,方程组有唯一解
1 1 a 1 2 0 1 a 1 a 1 a 0 0 a 1 1 a

1 0 0 1 0 1 0 2 a 0 0 1 1
1 x1 2 (7 c ) x2 c x 2 3
20赵辉
小结
线性方程组(3.1)解法：
n
1
d r 初等变换 d A d 0 0 1. 当d r 1 0时,方程 组 3.1)无解 ( .
为方程组（3.1）的增广矩阵.
4赵辉
2．方程组的解
设 k1 , k2 ,, kn 是 n 个数，如果 x1 , x2 , , xn分别用
k1 , k2 ,, kn 代入后，(3.1)中每一个式子都变成恒等式,
则称有序数组 ( k1 , k2 ,, kn ) 是（3.1）的一个解.
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

x1 x2 2x3 1 (2)

3x2 2x3 2
(4)

2x3 4 (6)
此时方程组中下一个方程比上一个方程少一个未
知量，形状如阶梯，称此方程组为阶梯形方程组。
文科数学
x1 x2 2x3 1 (2)
第三章 线性代数初步
§1 线性方程组的 消元解法
§2 矩阵及其运算
文科数学
线性代数作为独立的学科分支直到20世纪才形 成，然而它的历史却非常久远。
最古老的线性代数问题是线性方程组的求解， 在中国古代的数学著作《九章算术·方程》章中， 已经作了比较完整的叙述，其中所述方法实质上 相当于现代的对方程组的增广矩阵的行施行初等 变换，消去未知量的方法。
由于二元一次方程表示平面上的一条直线，所以 将一次方程称为线性方程，将一次方程组称为线性 方程组。
文科数学
线性方程组的一般形式
a11x1 a12 x2 a1n xn b1

a21x1

a22 x2

a2n xn b2
(1)

am1x1 am2 x2 amn xn bm
x1 1
故原方程组的解为
x 1 1 , x 2 2 , x 3 2
文科数学
从上述求解过程可以看出 加减消元法的基本思想就是：利用方程之间的算
术运算，每次消去一个未知量，得到一个比原方程 组少一个未知量的方程组，一次一次进行下去，直 至得到便于求解的一个形式简单的方程。
为了便于将此方法应用到任意形式的方程组的求 解，仍以例1为例，完整规范的写出它的解题步骤。
(4) (5)
该方程组比原方程组少一个未知量。
文科数学
33xx2242xx3322
(4) (5)
其次，用(4)消去(5)中的未知量 x2，由(5)-(4) 得
2x34 (6)
这比原方程组又少了一个未知量。
由(-1/2)×(6) 得
x32 (7)
最后，将(7)代回(4)中，即消去(4)中的 x3， 由2×(7)+(4) 得
文科数学
例1 求解线性方程组
2xx11

x2 x2
2x3 2x3
4 1
(1) (2)
4x1 x2 4x3 2 (3)
解：首先，用(2)消去(1)(3)中的未知量 x1，由 (-2)×(2)+(1)，(-4)×(2)+(3) 得
33xx2242xx3322
3x26 (8)
文科数学
2xx11

x2 x2
2x3 2x3
4 1
4x1 x2 4x3 2
(1) (2) (3)
x32 (7) 3x26 (8)
由(-1/3)×(8) 得
x22 (9)
将(7)(9)代回(2)中，即消去(2)中的 x2, x3，由 (-2)×(7)+(2)，(2)-(9) 得
文科数学
本节的主要内容
1、线性方程组
a11x1 a12 x2

a21x1

a22 x2


am1x1 am2 x2
a1n xn b1 a2n xn b2
amn xn bm
解的讨论及其求解方法（m, n 未必相等）。
文科数学
2、数表
a11 a12 a1n
第二步，消去第一个方程下面的各个方程中的 x1， (1)-2×(2)，(3)-4×(2) 得
文科数学
2xx11
x2 x2
2x3 2x3
1 4Βιβλιοθήκη (2) (1)4x1 x2 4x3 2 (3)
(1)-2×(2)，(3)-4×(2) 得

x1
x2 2x3 1 3x2 2x3 2
文科数学
随着研究线性方程组和变量的线性变换问题的深入， 矩阵在18～19世纪期间应运而生，为处理线性问题提 供了有力的工具，从而推动了线性代数的发展。
线性代数的含义随数学的发展而不断扩大。线性代 数的理论和方法已经渗透到数学的许多分支，比如 “以直代曲”是人们处理很多数学问题时一个很自然 的想法。此外，很多实际问题的处理，最后往往归结 为线性问题，它比较容易处理；同时它也是研究理论 物理和理论化学等不可缺少的代数基础知识。
文科数学
例1 求解线性方程组
2xx11

x2 x2
2x3 2x3
4 1
(1) (2)
4x1 x2 4x3 2 (3)
解：第一步，为了便于运算，互换(1)与(2)的位置
12xx11
x2 x2
2x3 2x3
1 4
(2) (1)
4x1 x2 4x3 2 (3)
其中有 n 个未知量 x1,x2, ,xn，m 个方程，a ij R (i 1 , ,m ;j 1 , ,n )是未知量的系数，b1, ,bmR 是常数项。
若右端常数项 b1,b2, ,bm均为零，则称方程组为 齐次线性方程组；否则称为非齐次线性方程组。
文科数学
将要研究的问题 1、线性方程组是否有解？ 2、若有解，解是否唯一？ 3、有解时，如何求出全部的解？ 研究的思路和途径 1、在中学代数中的加减消元法的基础上，结合 具体的线性方程组，导出求解一般方程组的通用方 法：高斯消元法； 2、从实际例子出发，利用高斯消元法观察解存在 与否的判断方法。
(2) (4)
3x2 4x3 2 (5)
第三步，消去第二个方程下面的各个方程中的 x2， (5)-(4) 得
文科数学

x1
x2 2x3 1 3x2 2x3 2
(2) (4)
3x2 4x3 2 (5)
第三步，消去第二个方程下面的各个方程中的 x2， (5)-(4) 得
A


a21
a22
a2n
am1 am2 amn
的线性运算（重要的工具）。
文科数学
§1 线性方程组的消元解法
对二元一次方程组
a11x1 a12x2 b1 a21x1 a22x2 b2
我们在中学已经学过它的解法，但是实际问题中会 遇到未知量个数和方程个数都很多的一次方程组， 且未知量个数和方程个数未必相同。