(优选)线性代数第四章线性方程组的表示消元法

解线性方程组
2x1 x1
2x2 2x2
x3 4x3
6 3
5x1 7x2 x3 28
解
2x1 x1
2x2 2x2
4
x3 x3
6 3
5x1 7x2 x3 28
2
x1
2x2 3x2
(9
/
x3 2)x3
6 0
2x2 (7 / 2)x3 13
2
x1
2x2 3x2
0 0 1 2
可以看出用消元法解线性方程组的过程 实质上就是对
该方程组的增广矩阵施以初等行变换的过程 解线性方程组
时 为了书写简便 只写出方程组的增广矩阵的变换过程即可
2x1
2x2 3x2
8 9
x3 2
2
x1
2
x2 x2
8 3
x3 2
2x1
x2
2 3
x3 2
xxx121 x3
233
0001
5 1 0 0
1 1 0 0
1 2
0 0
0021
0001
1 1 0 0
2 1 6 0
3 4
3 0
2911
都是阶梯形矩阵
阶梯形矩阵与简化的阶梯形矩阵
如果矩阵自上而下的各行中 每一非零行的第一个非零
元素的下方全是零 元素全为零的行(如果有的话)都在非零行
的下边 则称该矩阵为阶梯形矩阵
阶梯形矩阵与简化的阶梯形矩阵
如果矩阵自上而下的各行中 每一非零行的第一个非零
元素的下方全是零 元素全为零的行(如果有的话)都在非零行
的下边 则称该矩阵为阶梯形矩阵
如果阶梯形矩阵的每一非零行的第一个非零元素为1 且

（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

选主元的一种简单办法是，第 k 步消元时，在 A( k ) 的第 k列 (k ) 元素 aik (i k ) 中选取绝对值最大者作为主元，并将其对换到 k , k 位置上，然后再进行消元计算，这样选取的主元叫列主元。
另一种选主元的办法是选所谓全主元，也就是在第 k 步消 ( 元时，从 A( k ) 的右下方 n k 1 阶矩阵的所有元素 aijk ) (i, j k ) 中， 选取绝对值最大者作为主元，并将其对换到 (k , k ) 位置上，再做 消元计算。
主对角元以下的元素全化为0，得
1 1 a11 a12 a11 b11 n 2 2 2 a22 a2 n bn a 2 a 2 b 2 n2 nm n

A , b
左乘 ( A(2) , b(2) ), 即
M (2) ( A(2) , b(2) ) A(3) , b(3)
就是说，每消元一步相当于对方程组的增广矩阵左 乘以相应的矩阵 M ( k ) , 此处
1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 mn , k 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
第一节 Gauss 消元法
一、引言 二、Gauss 消元法的基本思想
三、
主元消元法
四、 Gauss 消元法的矩阵形式 五、小结
一、引言
在自然科学和工程技术问题中，涉及到许多数值计算 问题，最终都要归结为解线性代数方程组 AX b 。其中 A Rnn , b Rn , A 是可逆的。本章和下一章分别讨论解方程 组的直接方法和迭代方法。所谓直接方法就是通过有限次 的精确运算能得到真解的一类数值方法。从本质上讲，直 接方法的原理是找到一个可逆矩阵 M ，使得 MA 是一个上 三角阵，这个过程称为“消元”过程。消元之后再进行 MAX “回代”，即求解 Mb 。实际计算过程中，不必明显 M MA 地计算出矩阵 ,而只须把 Mb和 计算出来。这类直接 Gauss Gauss 方法中最基本和最简单的就是 消元法，本章首先讨论 消元法和矩阵分解法，以及 Gauss 消元法在各种情况下的 变形，并分析其误差。

线性方程组的消元法线性方程组的消元法是解决线性方程组的常用方法之一，通过逐步消去未知数的系数，将方程组转化为更简单的形式，从而求得方程组的解。

本文将详细介绍线性方程组的消元法及其应用。

1. 消元法简介消元法是一种通过逐步消除未知数的系数，将线性方程组转化为更简单形式的方法。

它的基本思想是通过不断的代入与消去操作，将方程组转化为三角形式或最简形式，从而求得方程组的解。

2. 线性方程组的一般形式线性方程组的一般形式可以表示为：a₁₁x₁ + a₁₂x₂ + ... + a₁ₙxₙ = b₁a₂₁x₁ + a₂₂x₂ + ... + a₂ₙxₙ = b₂...aₙ₁x₁ + aₙ₂x₂ + ... + aₙₙxₙ = bₙ其中，a₁₁、a₁₂、...、aₙₙ为未知数的系数，b₁、b₂、...、bₙ为常数项。

3. 消元法的步骤（1）选取主元：根据方程组的特点，选择一项作为主元，并将其系数置为1，并且使其所在的其他行对应的列的系数皆为0，这样可以简化计算过程并减少误差。

（2）代入消元：选择一个非主元进行代入，将其代入主元所在的其他方程中，从而消去该未知数。

（3）重复步骤（1）和（2），直至将所有的非主元都消去为止。

（4）最后得到一个三角形形式的线性方程组，可以通过回代法求解该方程组的解。

4. 消元法的应用消元法广泛应用于各个领域，特别是在科学和工程领域中具有重要作用。

以下是几个应用实例：（1）经济学中的输入产出模型：通过消元法可以分析不同产业之间的投入产出关系，从而得出经济模型的解释。

（2）物理学中的电路分析：通过消元法可以简化复杂的电路方程组，从而计算出电路中各个节点的电压和电流。

（3）化学反应平衡问题：通过消元法可以解决化学反应平衡过程中的复杂线性方程组，从而得到反应物和生成物的浓度。

5. 总结消元法是一种解决线性方程组的有效方法，通过逐步消除未知数的系数，将方程组转化为更简单的形式，从而求得方程组的解。