Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекція_01.doc
Скачиваний:
12
Добавлен:
07.07.2019
Размер:
725.5 Кб
Скачать

Класифікація систем за кількістю розв’язків.

При розв’язуванні системи лінійних алгебраїчних рівнянь методом Гаусса можемо отримати наступні випадки:

  • якщо одне з рівнянь набуває вигляду , то система несумісна;

  • якщо система набуває трикутного виду і кількість рівнянь дорівнює кількості невідомих, то система має єдиний розв'язок (тобто система сумісна і визначена);

  • якщо система має менше рівнянь, ніж невідомих, то вона сумісна і невизначена.

Припустимо, що в системі залишилось рівнянь з невідомими . Будь-які змінних (невідомих) системи лінійних рівнянь з змінними (невідомими) називаються основними, якщо визначник із коефіцієнтів при них відмінний від нуля, а інші неосновними (або вільними).

Основними можуть бути різні групи із т змінних. Кількість різних способів вибору т змінних із загального їх числа скінченна і дорівнює числу комбінацій із елементів по т, тобто . Отже, кількість способів розбиття змінних системи на основні і неосновні обмежена цим числом.

Із нескінченної множини розв’язків системи лінійних рівнянь з невідомими виділимо так звані базисні.

Базисним розв'язком системи т лінійних рівнянь з п невідомими називається всякий її розв’язок, в якому неосновні змінні мають нульові значення. Кожному розбиттю змінних системи на основні і неосновні відповідає один базисний розв’язок. Отже, існує не більше ніж базисних розв'язків системи.

Якщо в базисному розв'язку деякі основні невідомі рівні нулеві, то такий базисний розв’язок називається виродженим.

Серед розв’язків системи т лінійних рівнянь з п невідомими, в тому числі і базисних, слід виділити ті, всі компоненти яких невід’ємні.

Базисний розв'язок системи т лінійних рівнянь з п невідомими називається допустимим, якщо всі компоненти його невід’ємні, і недопустимим, якщо хоча б одна компонента від’ємна.

Практично для розв’язування систем лінійних рівнянь спрощують не систему, а розширену матрицю системи:

Над матрицею виконують елементарні перетворення: змінюють порядок рядків, множать рядки на відмінне від нуля число, до будь-якого рядка матриці додають інший, помножений на деяке відмінне від нуля число. Внаслідок таких перетворень кожен раз одержують розширену матрицю системи, рівносильну даній.

Приклад. Розв’язати систему:

Розв’язання. Прямий хід методу. Записуємо розширену матрицю системи і виконуємо над нею елементарні перетворення:

Зворотний хід методу. За останньою матрицею відновлюємо систему рівнянь:

З неї послідовно отримуємо: . Шуканий розв’язок:

Приклад. Розв’язати систему:

Розв’язання.

Нехай – основні (базисні) змінні; – неосновні (вільні).

Загальний розв’язок системи: .

Поклавши , отримаємо базисний розв’язок:

.

Приклад. Розв’язати систему:

Розв’язання.Прямий хід: .

Зворотний хід : Оскільки , то система несумісна.

Однорідні лінійні рівняння — це рівняння, вільні члени яких рівні нулю.Система однорідних рівнянь завжди сумісна, оскільки має нульовий розв'язок ( , так як ). Важливим є питання: при якій умові система має ненульові розв'язки, тобто є невизначеною? Відповідь дають наступні теореми.

Теорема 1. Для того, щоб однорідна система мала ненульові розв'язки, необхідно і достатньо, щоб ранг r її матриці коефіцієнтів був менше п.

Дійсно, якщо , то система має єдиний розв’язок: .

Якщо ж , то система невизначена (несумісною вона не буває), отже, має ненульові розв’язки серед множини розв’язків.

Із доведеної теореми випливає:

Теорема 2. Для того, щоб однорідна система п лінійних рівнянь з п невідомими мала ненульові розв’язки, необхідно і достатньо, щоб її визначник дорівнював нулю.

Твердження теореми 2 є частинним випадком теореми Кронекера-Капеллі.

Таким чином, нами розглянуто 3 методи розв’язування систем лінійних рівнянь. На відміну від матричного методу і методу Крамера, метод Гаусса дозволяє розв'язувати системи, в яких кількість рівнянь і кількість невідомих можуть бути різні. Ця суттєва відмінність привела до поширеності цього методу в лінійному програмуванні та при використанні комп’ютерних технологій.

16

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]