метод Гаусса и критерий совместности
высшая математикалекция
что было
оглавление
оглавление
Полный алгоритм работы с расширенной матрицей, прямой и обратный ход, критерий Кронекера—Капелли и разбор единственного и бесконечного множества решений.
Метод Гаусса не угадывает ответ: он сохраняющими решения преобразованиями приводит систему к виду, где видны противоречия, свободные переменные и обратная подстановка. Теорема Кронекера—Капелли формулирует тот же диагноз через ранги.
расширенная матрица и допустимые шаги
Столбец свободных членов приписывают к матрице коэффициентов: получается . Каждое преобразование строки выполняется сразу со всеми её элементами, включая элемент после черты.
поменять две строки местами
умножить строку на ненулевое число
прибавить к строке другую строку, умноженную на число
нельзя преобразовывать только левую часть
Если изменить коэффициенты и не изменить свободный член той же строки, получится другая система.
прямой и обратный ход
Прямой ход создаёт ступенчатую матрицу: под каждым ведущим элементом появляются нули. Затем проверяют строки на противоречие. При единственном решении обратный ход начинается с последнего уравнения; при свободных переменных им назначают параметры.
алгоритм Гаусса без пропусков
Один маршрут подходит для квадратных и прямоугольных систем.
описание схемы словами
Последовательность прямого хода, проверки совместности, обратного хода и проверки ответа
теорема Кронекера—Капелли и три исхода
Основная матрица не содержит свободных членов, расширенная содержит. Система совместна тогда и только тогда, когда их ранги равны.
критерий совместности
Система совместна тогда и только тогда, когда .
условие | что видно после прямого хода | решения |
|---|---|---|
, где | нет | |
ведущий элемент для каждой переменной | одно | |
есть свободные переменные | бесконечно много |
пример с единственным решением
Здесь три ведущих элемента для трёх неизвестных, поэтому после прямого хода выполняется обычная обратная подстановка.
прямой и обратный ход
условие: Решить , , .
ход решения
, :
Меняем и , затем :
Обратный ход: , затем , затем
ответ:
проверка: ; ; .
пример с бесконечным множеством решений
Нулевая строка не является противоречием, если справа тоже ноль. Она означает, что одно уравнение зависело от остальных.
свободная переменная
условие: Решить , , .
ход решения
даёт нулевую строку
даёт , то есть
Переменная свободна: положим
Из первого уравнения
ответ: при любом
проверка: В первой строке ; во второй сумма удваивается до 4; в третьей .
как выглядит несовместность
Например, строки и после дают , то есть ложное равенство . Тогда .
что запомнить
Все операции строки выполняются и со свободным членом после черты.
Прямой ход создаёт ступенчатый вид, обратный ход находит ведущие переменные.
Строка при означает отсутствие решений.
Равные ранги дают совместность; число ведущих переменных определяет одно или бесконечно много решений.
Любой найденный ответ нужно проверить в исходной системе.
самопроверка
Какие три преобразования строк сохраняют множество решений?
Чем прямая часть метода Гаусса отличается от обратной?
Как по ступенчатой матрице увидеть несовместность?
Почему при ранге меньше числа неизвестных появляются параметры?
Как проверить параметрическое решение без перебора всех значений параметра?
источники
материал занятия: фотографии студенческого конспекта, страницы 133–140 — /materials/notes/engineering_graphics/photo_133@20-09-2026_10-34-37.jpg
редакционная сверка: MIT OpenCourseWare: Elimination with Matrices — https://ocw.mit.edu/courses/18-06sc-linear-algebra-fall-2011/pages/ax-b-and-the-four-subspaces/elimination-with-matrices/
редакционная сверка: MIT OpenCourseWare: Solving Ax = b: Row Reduced Form R — https://ocw.mit.edu/courses/18-06sc-linear-algebra-fall-2011/pages/ax-b-and-the-four-subspaces/solving-ax-b-row-reduced-form-r/
что сделать
Решите методом Гаусса систему , и объясните результат через ранги.
благодарность
Евгения Прохорова (1-45) и Никита Козлов (1-48)
материалы
- страница конспекта 1фото↗︎
- страница конспекта 2фото↗︎
- страница конспекта 3фото↗︎
- страница конспекта 4фото↗︎
- страница конспекта 5фото↗︎
- страница конспекта 6фото↗︎
- страница конспекта 7фото↗︎
- страница конспекта 8фото↗︎
- MIT OpenCourseWare: Elimination with Matrices↗︎
- MIT OpenCourseWare: Solving Ax = b: Row Reduced Form R↗︎