Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ)

Способ основан на том, что любую систему линейных уравнений можно записать в матричном виде: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , где Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – матрица из коэффициентов при неизвестных, Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – матрица-столбец из самих неизвестных, Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – матрица-столбец из свободных членов уравнений.

Рассмотрим для примера систему Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Введем матрицы Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . С помощью этих матриц систему можно записать так: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Выполнив действие в левой части равенства и используя условие равенства матриц, придем снова к исходной системе. В матричном виде можно представить и прямоугольные системы, например, систему Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru можно записать так: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Итак, всякую систему можно записать в виде матричного уравнения Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Если матрица Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru в этом уравнении квадратная, то его можно решить по соответствующей формуле: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Пример. Систему линейных уравнений Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru решить с помощью обратной матрицы.

Выпишем матрицу коэффициентов системы Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru и найдем для неё обратную по общей формуле: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Тогда Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Таким образом, Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Подстановкой найденных значений во все уравнения системы убеждаемся, что оно верное.

Решение систем по формулам Крамера

Для квадратной неоднородной системы с любым числом уравнений Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru неизвестную величину с номером Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru можно найти по формуле:

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru

где Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – главный определитель системы;

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – вспомогательный определитель, полученный из главного заменой коэффициентов при неизвестном Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru на столбец свободных членов.

Анализ полученной формулы и применение ее на практике для решения систем позволяет сделать следующие выводы:

1) если главный определитель системы Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , то система имеет единственное решение;

2) если Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , а хотя бы один из вспомогательных определителей Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , то система не имеет решения;

3) если и главный и все вспомогательные определители равны 0, то система или не имеет решения, или имеет бесконечное множество решений.

Формулы Крамера являются особенно удобными, когда коэффициенты системы не являются целыми числами.

Пример. Систему линейных уравнений Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru решить по формулам Крамера.

Вычислим необходимые определители:

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru Тогда Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Примечание: формула и пример вычисления определителя второго порядка приведены на стр. 10.

Пример решения контрольной работы №1

Задание 1

Вычислить значение функции Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , если

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Изобразить результат на комплексной плоскости и представить его в тригонометрической форме.

Решение

Подставим значение Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru в данную функцию. Выполним действия в числителе и знаменателе полученной функции, предварительно вычислив

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Получим Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Чтобы выполнить деление комплексных чисел, помножим числитель и знаменатель на выражение, сопряженное знаменателю, то есть на (11+3i), получим

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Назовем число Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Изобразим его на комплексной плоскости:

Тригонометрическая форма комплексного числа имеет вид:

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru ,

где Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – модуль комплексного числа и Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – главное значение аргумента комплексного числа, его можно найти, как рассказано в пункте 1.1.1.

Для полученного комплексного числа Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru ,, Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru . Тогда число Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru в тригонометрической форме для нашего примера будет иметь вид: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Ответ: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Задание 2

Найти Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , если Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Решение

Запишем Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , где Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru – единичная матрица. Найдем Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru , определим выражение в скобке: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Окончательно: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Задание 3

Найти решение системы линейных алгебраических уравнений

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru

по формулам Крамера.

Для данной системы формулы Крамера имеют вид:

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Вычислим необходимые определители, используя правило треугольников (см. стр. 11, 12):

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru

Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru

Тогда: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru

Подстановкой в систему убеждаемся, что решение верное.

Ответ: Решение систем с помощью обратной матрицы (матричный способ) - student2.ru .

Задание 4

Пример решения этого задания приведён на страницах 15,16.

Наши рекомендации