《2.2.2 二元一次方程组的矩阵解法》教案1
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《2.2.2 二元一次方程组的矩阵解法》教案1
学习目标
1. 会用行列式的方法解二元一次方程组
2. 理解行列式的观点判定二元一次方程组是否有解
学习重点
二阶行列式的定义及运算方法
学习难点
运用二阶矩阵解方程组
教学过程
一、
二阶行列式与二元一次方程组 关于,x y 的二元一次方程组ax by m cx dy n +=⎧⎨
+=⎩①
②
将d b ⨯-⨯①②,得()ad bc x dm bn -=- 再将a c ⨯-⨯②①,得()ad bc y an cm -=- 当0ad bc -≠时,方程组的解为dm nb x ad bc an cm y ad bc -⎧=⎪⎪-⎨
-⎪=⎪-⎩
由行列式的定义:||a b A ad bc c d ==-可得m
b n
d x a
b c d
=,
a m c n y a
b
c d
= 为研究方便起见,常将系数行列式a b c d 记为D ,将m b n d 记为x D ,将a m c n 记为y D .于是,
x
y D x D D y D
⎧=⎪⎪⎨
⎪=⎪⎩ 例1. 利用行列式解方程组231456
x y x y +=⎧⎨
+=⎩ 解:系数行列式为:2325342045
D ==⨯-⨯=-≠.
1315361365x D ==⨯-⨯=-, 212614846
y D ==⨯-⨯=
131322x D x D -∴=
==-,8
42
y D y D ===-- 二、 二元一次方程组的矩阵形式
一般地,二元一次方程组ax by m cx dy n +=⎧⎨+=⎩
,都可写成矩阵形式:a b x m c d y n ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 二元一次方程组的矩阵形式,严格按照二阶矩阵与平面列向量的乘法法则书写即可. 三、
用逆矩阵求解二元一次方程组
若将x X y ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦看成原先的向量,而将m B n ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦看成是经过系数矩阵(0)a b A ad bc c d ⎡⎤=-≠⎢⎥⎣⎦对应变
换作用后得到的向量,则可将其记为矩阵方程AX B =.
在它的左右两边同时左乘1A -,得到1X A B -=,其中,1d
b ad b
c a
d bc A c
a ad bc ad bc --⎡⎤⎢⎥--=⎢⎥
-⎢⎥⎢⎥--⎣⎦
.
例2. 利用逆矩阵求解方程组231
456
x y x y +=⎧⎨
+=⎩ 解:设2345A ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦,1,6x x B y ⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥
⎣⎦⎣⎦,则方程组可写为:AX B =. 矩阵2345A ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦所对应的行列式23
||25342045A ==⨯-⨯=-≠ A ∴可逆,即153||||2221||||d b A A A c a A A --⎡⎤
⎡⎤
⎢⎥-⎢⎥⎢⎥==⎢⎥-⎢⎥-⎣
⎦⎢⎥⎣⎦
1
531312226214X A B -⎡⎤⎡⎤-⎡⎤⎢⎥⎢⎥∴===⎢⎥⎢⎥⎢⎥
⎣⎦--⎣⎦⎣⎦
. 13,42x y ==-
小结:
① 从几何变换的角度看,解这个方程组实际上就是已知变换矩阵2345⎡⎤⎢⎥⎣⎦和变换后的象16⎡⎤⎢⎥⎣⎦
,去
求在这个变换的作用下的原象x y ⎡⎤⎢⎥⎣⎦
;
② 如果关于,x y 的二元一次方程组ax by m
cx dy n +=⎧⎨
+=⎩的系数行列式||0a b A ad bc c d ==-≠,则对应的系数矩阵a b A c d ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
是可逆的,则方程组有唯一解;
③ 如果关于,x y 的二元一次方程组ax by m
cx dy n +=⎧⎨
+=⎩的系数行列式||0a b A ad bc c d ==-=,则对应的系数矩阵a b A c d ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦
不可逆,则方程组有非零解.
④ 用二阶矩阵和行列式研究二元一次方程组的解的情况并不比消元法优越,但当方程组中的未知数很多的时候,矩阵就变成了研究它的强有力工具. 【自我评价】
1. 利用行列式解方程组520
231x y x y +=⎧⎨
+=⎩
2. 利用逆矩阵解方程组20
251
x y x y +=⎧⎨
+=⎩ 3. (09江苏模拟)利用逆矩阵求二元一次方程组254
36
x y x y -=⎧⎨
+=⎩的解. 4.
已知1202
,0112A B ⎡⎢⎡⎤⎥==⎢⎥
⎥⎣⎦⎥⎦
,求圆221x y +=在()1AB -变换作用下的图形的方程. 5. 当λ为何值时,二元一次方程组2213x x y y λ⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥
⎣⎦⎣⎦⎣⎦
有非零解?。