Приклад №1. розв'язати систему лінійних рівнянь методом Гаусса:

розв'язати систему лінійних рівнянь методом Гаусса:

Розв'язання.

Складемо розширену матрицю із коефіцієнтів та вільних членів відповідних рівнянь. Матриця, яка складається тільки з коефіцієнтів відповідних рівнянь, називається матрицею системи А

За допомогою елементарних перетворень зведемо матрицю до ступінчастого вигляду. Спочатку зробимо такі перетворення: від другого і третього рядків віднімемо потроєний перший рядок, від четвертого рядка віднімемо в п'ять разів збільшений перший рядок, дістанемо:

Поміняємо другий і третій рядок місцями:

Перший і другий рядок залишимо без зміни, а від третього та четвертого рядка віднімемо подвоєний другий; дістанемо:

Скоротимо четвертий рядок на 2 і викреслимо третій рядок.

Матриця А зведена до ступінчатого вигляду А₁. Одночасно і матриця А зведена до ступінчатого вигляду А₁. Оскільки в ступінчатих матрицях А₁ і А₁ є по три рядки, то Rang A₁=Rang A₁. Отже, ця система сумісна (це випливає з критерію сумісності). Оскільки спільний ранг дорівнює трьом, а невідомих у системі п'ять, то система має безліч розв'язків, тобто вона невизначена. Матриці А₁ відповідає ступінчата система рівнянь, яка рівносильна даній системі:

Оскільки лінійно залежних рівнянь три, а невідомих п'ять, то два невідомих тут можуть набувати будь-яких числових значень (вільні невідомі). Невідомі x₁, x₂, x₄ – головні, так як з них починаються рівняння, а x₃ та x₅ – вільні невідомі.

З останнього рівняння маємо: x₄=(4+x₅)/6

Вираз для x₄ підставимо в друге рівняння і виразимо x₂ через вільні невідомі:

4x₂+7x₃+3(4+x₅)/6+11x₅=4

8x₂+14x₃+4+x₅+22x₅=8

8x₂=4-14x₃-23x₅

x₂=(4-14x₃-23x₅)/8

Підставимо тепер значення x₂ та x₄ у перше рівняння системи і знайдемо вираз x₁ через вільні невідомі: x₁–3(4–14x₃–23x₅)–3x₃–2(4+x₅)/6–5x₅=–2.

Після спрощення маємо:

x₁=(20–54x₃–79x₅)/24.

Остаточно, загальний розв'язок системи має такий вигляд:

x₁=(20–54x₃–79x₅)/24,

x₂=(4–14x₃–23x₅)/8,

x₄=(4+x₅)/6.

Щоб дістати частинний розв'язок, треба вільним невідомим надати конкретних числових значень.

Наприклад, поклавши: x₃=0, x₅=–4, матимемо:

x₁=14; x₂=12; x₃=0; x₄=0; x₅=–4.

Приклад №2.

Знайти загальний розв'язок і фундаментальну систему розв'язків системи лінійних однорідних рівнянь:

Розв'язання.

Перетворимо розширену матрицю цієї системи за методом Гаусса

Перший і третій рядки залишимо без зміни, а від другого рядка віднімемо потроєний перший рядок, від четвертого рядка віднімемо в п'ять разів збільшений перший рядок.

Перший і другий рядки залишимо без зміни, а до третього рядка додамо другий рядок, від четвертого рядка віднімемо другий рядок.

Ранг матриці А=2<5

Скористаємося теоремою: Якщо ранг R матриці із коефіцієнтів системи лінійних однорідних рівнянь менше кількості невідомих n, то фундаментальна система розв'язків даної системи складається із n-R розв'язків.

Остання матриця є ступінчато-трапецієвидною, їй відповідає система:

Основними невідомими вважаємо x₁ і x₂, а вільними – x₃, x₄, x₅. З другого рівняння знаходимо

x₂=–2x₃–2x₄–6x₅

Підставляючи це значення x₂ в перше рівняння, маємо

x₁=x₃+x₄+5x₅

Отже, загальний розв'язок даної системи має вигляд:

Щоб дістати з загального розв'язку фундаментальну систему розв'язків, візьмемо послідовно: x₃=1, x₄=0, x₅=0;

x₃=0, x₄=1, x₅=0;

x₃=0, x₄=0, x₅=1;

Тоді фундаментальною системою розв'язків даної системи є такі розв'язки:

c₁=(1, –2, 1, 0, 0),

c₂=(1, –2, 0, 1, 0),

c₃=(5, –6, 0, 0, 1).

Поиск по сайту: