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线性代数第四章——线性方程组

克拉默法则

方程的求解

线性方程组就是矩阵乘法。两者研究的问题完全等效。矩阵 A ,对应的行列式 D ,当 \(D\neq 0\) 时,A 可逆(说的是方阵)。

\(x=A^{-1}b=\frac{1}{D}A^{*}b\) ,此乃求方程组的公式,不知道我之前为啥就没有理解到这一层的东西。后知后觉。

\(x_{i}=\frac{|A_{i}|}{|A|},i=1,2,…,n\) ,其中 $|Ai| 是 \(|A|\) 中的第 i 列元素替换成 b 列向量。

附记:

“克莱姆法则,又译克拉默法则(Cramer’s Rule)是线性代数中一个关于求解线性方程组的定理。它适用于变量和方程数目相等的线性方程组,是瑞士数学家克莱姆(1704-1752)于 1750 年,在他的《线性代数分析导言》中发表的。其实莱布尼兹〔1693〕,以及马克劳林〔1748〕亦知道这个法则,但他们的记法不如克莱姆。

对于多于两个或三个方程的系统,克莱姆的规则在计算上非常低效;与具有多项式时间复杂度的消除方法相比,其渐近的复杂度为 O(n·n!)。”

参考:https://blog.csdn.net/hpdlzu80100/article/details/99889327

齐次线性方程组

一、表达形式:就是右面全是 0 。

二、什么是齐次线性方程组的解:略

三、齐次线性方程组的基础解系:若 \(\xi_{1},\xi_{2},…,\xi_{n-r}\) 线性无关;\(Ax=0\) 的任一解向量 \(\xi\) 均可由 \(\xi_{1},\xi_{2},…,\xi_{n-r}\) 线性表出,则称那组向量为基础解系。

四、\(Ax=0\) 解的性质:两个解向量的线性组合仍是解

五、\(Ax=0\) 的有解条件(可以不是方阵):

  • 齐次线性方程一定有解,至少有 0 解。
  • 只有 0 解,则 \(a_{1},a_{2},…,a_{n}\) 线性无关;否则向量组线性相关。

六、基础解系向量个数与 \(r(A)\) 的关系

若 \(A\) 是 \(m \times n\) 矩阵,\(r(A)=r <n\) ,则齐次线性方程 \(Ax=0\) 存在基础解系,且基础解系有 \(n - r\) 个线性无关解向量组成。即:基础解系向量个数 + r(A)=n (未知数个数)

系数矩阵的秩数 < 增广矩阵的秩数,则无解。

七、\(Ax=0\) 的通解:\(k_{1}\xi_{1}+k_{2}\xi_{2}+…+k_{n-r}\xi_{n-r}\)

八、基础解系和通解的求法:

利用初等行变换不改变线性方程组的解,将 A 初等行变换化成阶梯形矩阵。

阶梯方程的每行中的第一个系数不为零的 r 个未知量 \(x_{1},x_{2},…,x_{n}\) 称为独立未知量;而后面的 \(n-r\) 个未知量 \(x_{r+1},…,x_{n}\) 称之为自由未知量。

齐次方程阶梯型的求法:

参考:https://blog.51cto.com/u_15080860/6075403

非齐次线性方程组

一、非齐次方程的表达形式:即右则不为 0 。

二、非齐次方程的解(解都竖着写,用列向量表示)

三、非齐次方程 \(Ax=b\) 解的性质:

设 \(\eta_{1},\eta_{2}\) 是非齐次方程的解,\(\xi\) 是非齐次方程的解,则有

\(A(\eta_{1}-\eta_{2})=0\)

\(A(\eta_{1}+k\xi)=b\)

四、\(Ax=b\) 的有解条件

无解: \(r(A)\neq r(A|b)\) \((r(A)+1=r(A|b))\) ,b 不能由 A 的列向量线性表出

有解: \(r(A)=r(A|b)\) ,b 可由 A 的列向量组线性表出, \(\{a_{1},a_{2},…,a_{n}\} \cong \{a_{1},a_{2},…,a_{n},b\}\)

有唯一解:\(r(A)=n\) ,向量组 A 线性无关,增广矩阵线性相关,b 可以由向量组 A 线性表出。

有无穷多解:\(r(A)=r(A|b)=r<n\)

五、非齐次线性方程组 \(Ax=b\) 通解的求法

与求非齐次类似,增广矩阵化成阶梯型。用高斯消元法,将增广矩阵 \((A|b)\) 作初等行变化成阶梯矩阵,先求出齐次线性方程组的基础解系 \(\xi_{1},\xi_{2},…,\xi_{n-r}(r(A)=r)\) ,再求出一个非齐次特解设为 \(\eta\) (求 \(\eta\) 时,可取自由未知量为任意值,取 0 值计算即可,代入方程,求得独立未知量,并得 \(\eta\) )则 \(Ax=b\) 的通解为:

\(k_{1}\xi_{1}{1}+k_{2}\xi_{2}+…+k_{n-r}\xi_{n-r}+\eta\) ,其中 \(k_{1},k_{2},…,k_{n-r}\) 是任意常数。

什么是跳跃思维?跳跃思维是偷懒,是很有创造性,但是更容易产生漏洞。所以大多数的时候不要想着跳跃思维。跳跃的前提是熟练,如果不熟练,是万万不能跳跃的。

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