高斯消去法.ppt
上传人:天马****23 上传时间:2024-09-10 格式:PPT 页数:19 大小:399KB 金币:10 举报 版权申诉
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高斯消去法範例(1)因此(1*)與下列(2*)是等價的由第三個方程式,可知(2*)中含有矛盾式,因此原方程組(1*)無解。範例(2)因此(1*)與是等價的。令z=t,則故方程組之解集合為{(9t+12,–4t–5,t)|tR}。註:上式中的解之表示為參數式,其中t為參數,其實也可以令y為參數或x為參數,但會得出不同形式的解集合,這些不同形式的集合都是一樣。列梯形範例定理(1)矩陣之秩(rank)定理(2)定理(3)我們先舉一個例子來說明定理1也就是如何將一個矩陣化簡成最簡列梯形矩陣:例題:設一矩陣,將M化簡成最簡列梯形矩陣。解:第一步:先觀察M是否為零矩陣(所有的元均為0)若M=[0]則不必化簡。第二步:若M[0],則從左邊看過來先找非零行,把這一行其中(任何)一個非零元素a所在的那一個列搬到最上方,例如M中的第二行是從左邊看過來最先出現不全為0的行,其中–2在第二列(取a=–2)可以將第二列搬到第一列(此為列運算I),因此第三步:把新的矩陣的第一列乘以1/a(即–1/2)使第一列出現第一個領導元1(此為列運算II),故得第四步:將領導元1下方的數利用列運算III統統化成0,即第五步:不看第一列,重複第一步到第四步,例如出現不為零的那一行為第四行,而其中的2不為零,因此利用列運算將之化為1得再把其下的元(即5)利用列運算III變成0又得第六步:不看第二列,重複第一步到第四步,則得因此M的最簡列梯形矩陣有三個領導元1,故rank(M)=3。若是某個線性方程組之增廣矩陣,則其解將含有n–r=5–3=2個參數。設參數時必須先觀察領導元1所出現的行數,例如上面的最簡式中領導元1所出現的行為第二行、第四行、及第五行,則可將原方程組中的第一個與第三個變數設為參數,雖然不出現領導元1的行為第一行、第三行、及第六行,但第六行是方程組的常數行,所以設參數時只設第一個與第三個變數。現在我們可以來證明定理2:證明:假設rank(M)=r,也就是M的最簡列梯形矩陣中有r個領導元1,設其所在的行分別為i1,i2,…,ir,又假設1i1i2…irn設{j1,j2,j3,…,jn-r}={1,2,…,n}–{i1,i2,…,ir}且假設1j1j2…jn-rn令xj1=s1;xj2=s2;…;xjn-r=sn-r;代入最後的最簡列梯形中,則得xj1,xj2,…,xjr,故(x1,x2,…,xn)為(*)之解,其中有n–r個參數。接著也可以證明定理3:證明:假設(*)有解若n=r則解集合中無參數,故其解為恰有一個。若nr則解集合中至少有一個參數,所以其解有無限多組。