求解线性方程组的几种方法

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§1 消元法

引例 求解线性方程组

⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++288338

219432321321321x x x x x x x x x (1.1)

解: 用i r 表示方程组中的第i 个方程,采用消元法求解此线性方程组:

方程组(1.1)−−−→−↔21r r ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++2883319

43282321321321x x x x x x x x x

⎪⎩

⎪⎨⎧==+=++−−−−−−→−--423

0823,23323211312x x x x x x r r r r (1.2) ⎪⎩⎪⎨⎧===−−−−−−−→−÷+-23

12),(3213321x x x r r r r (1.3)

由于方程组(1.1)与(1.3)同解,从而得到(1.1)的解T x x x x ),,(321=T )2,3,1(= 定义 以下变换1,2,3称为线性方程组的初等变换。

1. 将某一方程乘以一个非零的倍数;

2. 将某一方程的某个倍数加到另外一方程上去;

3. 对调两方程的位置。

命题 初等变换总是把方程组变成同解的方程组。

用消元法求解线性方程组的过程:首先用初等变换化线性方程组为阶梯形方程组,把最后的恒等式“0=0”(如果出现的话)去掉。如果剩下的方程当中最后的一个等式是零等于一个非零的数,那么方程组无解,否则有解。在有解的情况下,如果阶梯形方程组中方程的个数等于未知量的个数,那么方程组有唯一的解;如果阶梯形方程组中方程的个数小于未知量的个数,那么方程组有无穷多个解。

定理 在齐次线性方程组

111122121122221122000

n n n n s s sn n a x a x a x a x a x a x a x a x a x +++=⎧⎪+++=⎪⎨⎪⎪+++=⎩L L L L L L L L L L L L L

L 中,如果s

利用矩阵来求解线性方程组

贵州盘县数学(1)班曹仁和学号:5202220117

矩阵原是大学的内容,现在的高中数学新课程中将矩阵引了进去,成为高中数学教学的一部分。利用矩阵可以解决的问题很多,比如可以用矩阵来求向量组的秩,求向量组的线性关系,求向量组的极大线性无关组,求解线性方程组等。这里我就讲讲矩阵作为一个工具如何用它来求解线性方程组。

以前我们已经学习了有关两个未知量、两个方程的二元一次方程组的基本知识。一次方程又称为线性方程。在自然科学、社会科学和许多工程技术问题中,常常需要处理几十、几百甚至成千上万个未知量的线性方程组,未知量的个数和方程的个数也不一定完全一致,这就要求我们把关于二元一次方程组的知识推广到有n个未知量和m个方程的线性方程组上去。矩阵是解决这类问题的重要工具之一。

线性方程组的一般形式为

(*)

从上式可看出二元一次方程组是它的一种最简单的形式。方程组(*)中有m个方程、n个未知量。ij代表第i个方程中未知量x j的系数,b i是第i 个方程的常数项。当常数项b1,b2,…,b m全为零时,上面(*)式称为齐次线性方程组;当常数项不全为零时,上面(*)式称为非齐次线性方程组。

当m、n较大时,方程组(*)式的书写需重复许多次未知量以及“+”、“=”运算符号,如用计算机进行处理就很麻烦,因此,我们将方程组(*)式中未知量的系数简化成如下的m行n列矩形数表

如果再考虑到方程组右端的常数项(非齐次项),还可以得到m行n+1列矩形数表

对方程组的研究将归结于对如上形式数表的研究。

下面我就举几个例子说明矩阵作为一个工具在线性方程中的运用。

例1、求解下列齐次线性方程组

即得方程组的解为

解:方程组可表示为,因此,即可求得方程的解为

x 1=1 x

2

=0x

3

=0

以上是矩阵在线性方程组中的一些简单的应用,当然它的应用很广泛,在这里就不一一例举了