Системы линейных алгебраических уравнений
Содержание
Формула Крамера
a1x + b1y + c1z = d1
a2x + b2y + c2z = d2
a3x + b3y + c3z = d3
Главный определитель:
| a1 | b1 | c1 | ||
| Δ = | a2 | b2 | c2 | = a1b2c3 + a2b3c1 + a3b1c2 − a3b2c1 − a1b3c2 − a2b1c3 |
| a3 | b3 | c3 |
Если Δ ≠ 0, то система имеет единственное решение.
Далее заменяем последовательно коэффициенты при x, y, z... на свободные коэффициенты:
| d1 | b1 | c1 | ||
| Δx = | d2 | b2 | c2 | = d1b2c3 + d2b3c1 + d3b1c2 − d3b2c1 − d1b3c2 − d2b1c3 |
| d3 | b3 | c3 |
| a1 | d1 | c1 | ||
| Δy = | a2 | d2 | c2 | = a1d2c3 + a2d3c1 + a3d1c2 − a3d2c1 − a1d3c2 − a2d1c3 |
| a3 | d3 | c3 |
| a1 | b1 | d1 | ||
| Δz = | a2 | b2 | d2 | = a1b2d3 + a2b3d1 + a3b1d2 − a3b2d1 − a1b3d2 − a2b1d3 |
| a3 | b3 | d3 |
Аналогично для любого количества переменных.
Метод Гаусса
a1x1 + b1x2 + c1x3 = d1
a2x1 + b2x2 + c2x3 = d2
a3x1 + b3x2 + c3x3 = d3
Расширенная матрица системы:
A =
| a1 | b1 | c1 | d1 |
| a2 | b2 | c2 | d2 |
| a3 | b3 | c3 | d3 |
Эту матрицу нужно привести к ступенчатому виду при помощи сложения, вычитания строк и умножения (деления) строки на число, не равное нулю:
A =
| e | f | g | h |
| 0 | k | l | m |
| 0 | 0 | p | q |
Получаем систему:
ex1 + fx2 + gx3 = h
kx2 + lx3 = m
px3 = q
Метод обратной матрицы
a1x1 + b1x2 + c1x3 = d1
a2x1 + b2x2 + c2x3 = d2
a3x1 + b3x2 + c3x3 = d3
AX = B
A =
| a1 | b1 | c1 |
| a2 | b2 | c2 |
| a3 | b3 | c3 |
, X =
| x1 |
| x2 |
| x3 |
, B =
| d1 |
| d2 |
| d3 |
X = A−1 ⋅ B