Решение систем линейных уравнений


Постановка задачи

Решить Систему линейных уравнений при помощи метода Гаусса и через метод Крамера (вариант 82- 2)

Теоретическая часть

Матрица -- Таблица чисел, содержащая m строк и n столбцов. Числа (m, n) называются порядком, или размером матрицы. Если m=n, то матрица называется квадратной матрицей порядка n. Пример квадратной матрицы 3 порядка:

Ячейки называются главной диагональю матрицы, а ячейки называются ее побочной диагональю. Матрицы A и B называются равными, если имеют одинаковые порядки, и соответствующие элементы этих матриц равны, то есть A=B, если.

Определитель Матрицы -- число, соответствующее квадратной матрице, полученное путем ее преобразования по определенному правилу. Обозначается как Det A. Вычисляется следующим образом ( на примере квадратной матрицы 2-го порядка)

; Det A=a11A22 - a12A21.

В общем случае (для квадратной матрицы порядка N) из элементов матрицы A сначала составляют все возможные произведения из N сомножителей каждое, содержащие по одному элементу из каждой строки и по одному элементу из каждого столбца, затем эти произведения складываются по определенному правилу.

Определитель матрицы, в которой вычеркнуты произвольная строка (напр. I-я), и произвольный столбец (напр. J-й), называется минором. Он имеет (N - 1)-й порядок, т. е. порядок на 1 меньше, нежели исходный определитель

Метод Гаусса - это метод последовательного исключения переменных, когда с помощью элементарных преобразований система уравнений приводится к равносильной системе ступенчатого вида, из которого последовательно, начиная с последних (по номеру) переменных, находятся все остальные переменные.

Пусть исходная система выглядит так:

Представим ее в виде матриц:

С помощью элементарных преобразований матрицу A можно привести к диагональному виду.

Обратный ход метода Гаусса:

Метод Крамера (Правило Крамера) -- способ решения квадратных систем линейных алгебраических уравнений с ненулевым определителем основной матрицы (причем для таких уравнений решение существует и единственно). матрица линейный уравнение гаусс

Для системы N линейных уравнений с N неизвестными:

С определителем матрицы системы ?, отличным от нуля, решение записывается в виде:

где

(I-й столбец матрицы системы заменяется столбцом свободных членов)

Практическая часть

I. Конкретная система линейных уравнений

Решение системы линейных уравнений методом Гаусса

Представим систему линейных уравнений в виде матрицы:

12

4,7

-1,7

-1,9

0

-6,1

8,8

-13

-25

2,4

-8,3

1,6

12

10

5

6,3

-10

1

9,6

0

-7,1

-5

-0,49

-6,9

-9,9

0,43

-14

12

-7,3

-4,9

-11

-5,7

-9,8

-10

0

-25

-4,3

-3,7

14

-7,9

7,8

0

6,1

4,8

-5,9

-8,7

5,6

14

-5,5

0,41

-11

3,8

2,3

-30

6,1

3,9

7,4

3,2

-13

-11

0,4

11

-23

1,8

-11

-0,95

-7,9

-10

12

6

0

36

Поделим первую строку на 12, и далее, умножив первую строку на -2,4 складываем со второй строкой, умножив на -9,6 с третьей, на -12 с четвертой, на 4,3 с пятой, на 8,7 с шестой, на -6,1 с седьмой, на -1,8 с восьмой. Получаем:

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

-9,24

1,94

12,38

10

6,22

4,54

-7,4

6

0

-3,76

-5,74

-3,48

-0,49

-2,02

-16,94

10,83

6

0

-12

-3,2

-9,1

-5,7

-3,7

-18,8

13

0

0

-2,01583333

13,39083

-8,58083

7,8

-2,18583

9,253333

0,141667

-14,8583

0

9,0075

12,7675

-6,8775

0,41

-15,4225

10,18

-7,125

-48,125

0

1,51083333

8,264167

4,165833

-13

-7,89917

-4,07333

17,60833

-10,2917

0

-11,705

-0,695

-7,615

-10

12,915

4,68

1,95

39,75

Поделим вторую строку на 9,24, и далее, умножив вторую строку на 3,76 складываем с третьей строкой, умножив на 12 с четвертой, на 2,01583333 с пятой, на -9,0075 с шестой, на -1,51083333 с седьмой, на 11,705 с восьмой.

Получаем новую матрицу:

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

1

-0,20996

-1,33983

-1,08225

-0,67316

-0,49134

0,800866

-0,64935

0

0

-6,52944

-8,51775

-4,55926

-4,55108

-18,7874

13,84126

3,558442

0

0

-5,71948

-25,1779

-18,687

-11,7779

-24,6961

22,61039

-7,79221

0

0

12,9676

-11,2817

5,618362

-3,54281

8,26287

1,756079

-16,1673

0

0

14,65869

5,19099

10,15838

-9,35901

14,60576

-14,3388

-42,276

0

0

8,581376

6,190088

-11,3649

-6,88213

-3,331

16,39836

-9,31061

0

0

-3,15254

-23,2977

-22,6677

5,03566

-1,07116

11,32413

32,14935

Далее по аналогии:

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

1

-0,20996

-1,33983

-1,08225

-0,67316

-0,49134

0,800866

-0,64935

0

0

1

1,304515

0,698263

0,69701

2,877345

-2,11982

-0,54498

0

0

0

-17,7168

-14,6933

-7,79139

-8,23918

10,4861

-10,9092

0

0

0

-28,1981

-3,43643

-12,5814

-29,0494

29,24509

-9,10018

0

0

0

-13,9315

-0,07724

-19,5763

-27,5723

16,73503

-34,2872

0

0

0

-5,00445

-17,357

-12,8634

-28,0226

34,58936

-4,63389

0

0

0

-19,1851

-20,4664

7,233014

7,999798

4,641298

30,43126

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

1

-0,20996

-1,33983

-1,08225

-0,67316

-0,49134

0,800866

-0,64935

0

0

1

1,304515

0,698263

0,69701

2,877345

-2,11982

-0,54498

0

0

0

1

0,829345

0,439775

0,46505

-0,59187

0,615757

0

0

0

0

19,94953

-0,18053

-15,9358

12,55536

8,263027

0

0

0

0

11,47676

-13,4495

-21,0935

8,489344

-25,7088

0

0

0

0

-13,2065

-10,6626

-25,6953

31,62736

-1,55236

0

0

0

0

-4,55536

15,67015

16,92184

-6,71388

42,24465

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

1

-0,20996

-1,33983

-1,08225

-0,67316

-0,49134

0,800866

-0,64935

0

0

1

1,304515

0,698263

0,69701

2,877345

-2,11982

-0,54498

0

0

0

1

0,829345

0,439775

0,46505

-0,59187

0,615757

0

0

0

0

1

-0,00905

-0,79881

0,629356

0,414196

0

0

0

0

0

-13,3457

-11,9258

1,266377

-30,4624

0

0

0

0

0

-10,7821

-36,2448

39,93898

3,91774

0

0

0

0

0

15,62892

13,28299

-3,84694

44,13147

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

1

-0,20996

-1,33983

-1,08225

-0,67316

-0,49134

0,800866

-0,64935

0

0

1

1,304515

0,698263

0,69701

2,877345

-2,11982

-0,54498

0

0

0

1

0,829345

0,439775

0,46505

-0,59187

0,615757

0

0

0

0

1

-0,00905

-0,79881

0,629356

0,414196

0

0

0

0

0

1

0,893605

-0,09489

2,282568

0

0

0

0

0

0

-26,6098

38,91586

28,52867

0

0

0

0

0

0

-0,6831

-2,36391

8,457376

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

1

-0,20996

-1,33983

-1,08225

-0,67316

-0,49134

0,800866

-0,64935

0

0

1

1,304515

0,698263

0,69701

2,877345

-2,11982

-0,54498

0

0

0

1

0,829345

0,439775

0,46505

-0,59187

0,615757

0

0

0

0

1

-0,00905

-0,79881

0,629356

0,414196

0

0

0

0

0

1

0,893605

-0,09489

2,282568

0

0

0

0

0

0

1

-1,46246

-1,07211

0

0

0

0

0

0

0

-3,36292

7,725015

1

0,39166667

-0,14167

-0,15833

0

-0,50833

0,733333

-1,08333

-2,08333

0

1

-0,20996

-1,33983

-1,08225

-0,67316

-0,49134

0,800866

-0,64935

0

0

1

1,304515

0,698263

0,69701

2,877345

-2,11982

-0,54498

0

0

0

1

0,829345

0,439775

0,46505

-0,59187

0,615757

0

0

0

0

1

-0,00905

-0,79881

0,629356

0,414196

0

0

0

0

0

1

0,893605

-0,09489

2,282568

0

0

0

0

0

0

1

-1,46246

-1,07211

0

0

0

0

0

0

0

1

-2,29711

Теперь при помощи "обратного хода" найдем неизвестные:

X1=

38,9164615

X2=

36,6211551

X3=

12,3757444

X4=

-7,24450326

X5=

12,5899265

X6=

9,38223372

X7=

-13,769679

X8=

-9,78120737

Решение системы линейных уравнений методом Крамера

12

4,7

-1,7

-1,9

0

-6,1

8,8

-13

-25

2,4

-8,3

1,6

12

10

5

6,3

-10

1

9,6

0

-7,1

-5

-0,49

-6,9

-9,9

0,43

-14

12

-7,3

-4,9

-11

-5,7

-9,8

-10

0

-25

-4,3

-3,7

14

-7,9

7,8

0

6,1

4,8

-5,9

-8,7

5,6

14

-5,5

0,41

-11

3,8

2,3

-30

6,1

3,9

7,4

3,2

-13

-11

0,4

11

-23

1,8

-11

-0,95

-7,9

-10

12

6

0

36

Det A= 305594473

Заменим первый столбец матрицы, и высчитаем определитель (Det A1)

-25

4,7

-1,7

-1,9

0

-6,1

8,8

-13

-25

1

-8,3

1,6

12

10

5

6,3

-10

1

-14

0

-7,1

-5

-0,49

-6,9

-9,9

0,43

-14

-25

-7,3

-4,9

-11

-5,7

-9,8

-10

0

-25

-5,9

-3,7

14

-7,9

7,8

0

6,1

4,8

-5,9

-30

5,6

14

-5,5

0,41

-11

3,8

2,3

-30

-23

3,9

7,4

3,2

-13

-11

0,4

11

-23

36

-11

-0,95

-7,9

-10

12

6

0

36

Отсюда вычислим

Далее по аналогии заменим второй столбец матрицы, и высчитаем определитель () итд.

12

-25

-1,7

-1,9

0

-6,1

8,8

-13

-25

2,4

1

1,6

12

10

5

6,3

-10

1

9,6

-14

-7,1

-5

-0,49

-6,9

-9,9

0,43

-14

12

-25

-4,9

-11

-5,7

-9,8

-10

0

-25

-4,3

-5,9

14

-7,9

7,8

0

6,1

4,8

-5,9

-8,7

-30

14

-5,5

0,41

-11

3,8

2,3

-30

6,1

-23

7,4

3,2

-13

-11

0,4

11

-23

1,8

36

-0,95

-7,9

-10

12

6

0

36

Определитель

679335234,6

X2=

2,222995815

12

4,7

-25

-1,9

0

-6,1

8,8

-13

-25

2,4

-8,3

1

12

10

5

6,3

-10

1

9,6

0

-14

-5

-0,49

-6,9

-9,9

0,43

-14

12

-7,3

-25

-11

-5,7

-9,8

-10

0

-25

-4,3

-3,7

-5,9

-7,9

7,8

0

6,1

4,8

-5,9

-8,7

5,6

-30

-5,5

0,41

-11

3,8

2,3

-30

6,1

3,9

-23

3,2

-13

-11

0,4

11

-23

1,8

-11

36

-7,9

-10

12

6

0

36

Определитель

1299386781

X3=

4,251996996

12

4,7

-1,7

-25

0

-6,1

8,8

-13

-25

2,4

-8,3

1,6

1

10

5

6,3

-10

1

9,6

0

-7,1

-14

-0,49

-6,9

-9,9

0,43

-14

12

-7,3

-4,9

-25

-5,7

-9,8

-10

0

-25

-4,3

-3,7

14

-5,9

7,8

0

6,1

4,8

-5,9

-8,7

5,6

14

-30

0,41

-11

3,8

2,3

-30

6,1

3,9

7,4

-23

-13

-11

0,4

11

-23

1,8

-11

-0,95

36

-10

12

6

0

36

Определитель

4796433,406

X4=

0,015695419

12

4,7

-1,7

-1,9

-25

-6,1

8,8

-13

-25

2,4

-8,3

1,6

12

1

5

6,3

-10

1

9,6

0

-7,1

-5

-14

-6,9

-9,9

0,43

-14

12

-7,3

-4,9

-11

-25

-9,8

-10

0

-25

-4,3

-3,7

14

-7,9

-5,9

0

6,1

4,8

-5,9

-8,7

5,6

14

-5,5

-30

-11

3,8

2,3

-30

6,1

3,9

7,4

3,2

-23

-11

0,4

11

-23

1,8

-11

-0,95

-7,9

36

12

6

0

36

Определитель

-496757380,1

X5=

-1,625544386

12

4,7

-1,7

-1,9

0

-25

8,8

-13

-25

2,4

-8,3

1,6

12

10

1

6,3

-10

1

9,6

0

-7,1

-5

-0,49

-14

-9,9

0,43

-14

12

-7,3

-4,9

-11

-5,7

-25

-10

0

-25

-4,3

-3,7

14

-7,9

7,8

-5,9

6,1

4,8

-5,9

-8,7

5,6

14

-5,5

0,41

-30

3,8

2,3

-30

6,1

3,9

7,4

3,2

-13

-23

0,4

11

-23

1,8

-11

-0,95

-7,9

-10

36

6

0

36

Определитель

1841101860

X6=

6,024656931

12

4,7

-1,7

-1,9

0

-6,1

-25

-13

-25

2,4

-8,3

1,6

12

10

5

1

-10

1

9,6

0

-7,1

-5

-0,49

-6,9

-14

0,43

-14

12

-7,3

-4,9

-11

-5,7

-9,8

-25

0

-25

-4,3

-3,7

14

-7,9

7,8

0

-5,9

4,8

-5,9

-8,7

5,6

14

-5,5

0,41

-11

-30

2,3

-30

6,1

3,9

7,4

3,2

-13

-11

-23

11

-23

1,8

-11

-0,95

-7,9

-10

12

36

0

36

Определитель

-1354259550

X7=

-4,431557733

12

4,7

-1,7

-1,9

0

-6,1

8,8

-25

2,4

-8,3

1,6

12

10

5

6,3

1

9,6

0

-7,1

-5

-0,49

-6,9

-9,9

-14

12

-7,3

-4,9

-11

-5,7

-9,8

-10

-25

-4,3

-3,7

14

-7,9

7,8

0

6,1

-5,9

-8,7

5,6

14

-5,5

0,41

-11

3,8

-30

6,1

3,9

7,4

3,2

-13

-11

0,4

-23

1,8

-11

-0,95

-7,9

-10

12

6

36

Определитель

-701985512,8

X8=

-2,297114558

X1=

1,47464683

X2=

2,22299582

X3=

4,251997

X4=

0,01569542

X5=

-1,62554439

X6=

6,02465693

X7=

-4,43155773

X8=

-2,29711456

Заключение

Мы выяснили, что выбор метода решения не влияет на конечный результат, так как ответы, полученные вследствие решения различными методами совпадают.

Список литературы

    1. В. А. Ильин, Э. Г. Поздняк; Линейная Алгебра; 4 изд.; Москва ФизМатЛит 2002г.; стр. 12, §1.1 2. Л. И. Лопатников; Экономико-математический словарь: Словарь современной экономической науки; 5-е изд., перераб. и доп.; Москва: Дело, 2003. (эл. версия: http://slovari. yandex. ru/определитель%20матрицы/Лопатников/Определитель%20матрицы/) 3. http://ru. wikipedia. org/wiki/Метод_Гаусса 4. http://ru. math. wikia. com/wiki/Метод_Крамера

Похожие статьи




Решение систем линейных уравнений

Предыдущая | Следующая