Рассмотрим матрицу специального вида

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

в которой все «диагональные элементы» Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru отличны от нуля, а все элементы расположенные ниже диагональных, равны нулю. Такую матрицу будем называть трапециевидной. При r = n она будет треугольной.

Теорема 2.Ранг трапециевидной матрицы равен числу ее ненулевых строк.

Теорема 3.Всякую матрицу можно с помощью конечного числа элементарных преобразований привести к трапециевидному виду.

Метод Гаусса вычисления ранга матрицы состоит в приведении матрицы к трапециевидному виду и в подсчете ее ненулевых строк.

Пример 3

Найти ранг матрицы Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Решение

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

На первом шаге первую строку матрицы умножили на (-2) и сложили со второй строкой, умножили первую строку на (-4) и сложили с третьей строкой. На втором шаге вторую строку умножили на (-3) и сложили с третьей строкой. Нулевую строку вычеркнули. Таким образом, ранг матрицы r = 2.

Метод Гаусса решения СЛАУр

Пусть дана система линейных алгебраических уравнений (СЛАУр)

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

Поставим задачу: исследовать данную систему, т.е. выяснить, не решая ее, совместна она или несовместна, а если совместна, то определенна она или неопределенна.

На все эти вопросы отвечает теорема Кронекера - Капелли.

Пусть дана матрица системы Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Рассмотрим расширеннуюматрицу системы

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Теорема Кронекера – Капелли.

СЛАУр совместна тогда и только тогда, когда ранг расширенной матрицы равен рангу матрицы системы:

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru или Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Замечание

Если Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru и Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru , где n – число неизвестных, то система определенна; если Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru , то система неопределенна, если же Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru , то система несовместна.

Метод Гаусса решения СЛАУр состоит в следующем.

1. Выписывают расширенную матрицу системы

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

и с помощью элементарных преобразований приводят ее к трапециевидному виду.

2. Применяя теорему Кронекера – Капелли, исследуют систему, получая один из случаев:

­– система совместна и определенна,

– система совместна и неопределенна,

– система несовместна.

Трапециевидная форма расширенной матрицы С в каждом из этих случаев имеет вид:

1) С~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru , Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ,

следовательно, система определенна, имеет единственное решение,

2) С~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ,

следовательно, система неопределенна, имеет бесконечное множество решений,

3) если какая-либо строка матрицыС имеет вид Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru , то система несовместна (решений нет).

3. Для решения системы, если оно существует, следует записать новую систему, отвечающую полученной трапециевидной матрице, которая является более простой по сравнению с исходной и решить ее (обратный ход).

Пример 4

Исследовать и решить СЛАУр: Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Решение

Составим расширенную матрицу и проведем над ней эквивалентные преобразования для определения Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru и Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ,

Таким образом, Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru , следовательно, по теореме Кронекера – Капелли система совместна и определенна.

Составим систему, соответствующую последней матрице, эквивалентную исходной:

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru Þ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Таким образом, Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Пример 5

Исследовать и решить СЛАУр: Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Решение

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

Так как Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ,следовательно, система совместна и неопределенна (имеет бесчисленное множество решений).

Последней матрице соответствует система:

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru Þ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

где Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru и Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru – произвольные параметры.

Пример 6

Исследовать и решить СЛАУр: Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

Решение

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru ~ Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

Так как Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru , то система несовместна (решений нет).

Пример 7

Исследовать и решить СЛАУр: Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Решение

Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru

Таким образом, Рассмотрим матрицу специального вида - student2.ru .

Наши рекомендации