线性代数课件2

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线性代数教学课件第二章矩阵第三节逆矩阵

线性代数教学课件第二章矩阵第三节逆矩阵
| (3A)1 2 A | 的值. (其中 A 为 A 的伴随矩阵)
解 A | A | A1 1 A1 ,
2
| (3A)1 2A | | 1 A1 A1 | | 2 A1 |
3
3
(
2 )3 3
|
A1
|
8 | 27
A |1
8 2 27
16 27
.
18
(5) 设 A, B,C 为同阶方阵, AB AC .若 A 可逆,则B C .
对于可逆矩阵而言,矩阵乘法的消去律成立.
(6) 若A可逆,则有 | A1 | | A |1 . 证 AA1 E , | A | | A1 | 1 , 因此 | A1 | | A |1 .
17
例9 设 A 为 3 阶方阵,且| A | 1 , 求行列式 2
14
2a c 1,
2b
d a
0, 0,
b 1,
又因为 AB
a 0,
b 1,
c
1,
d 2.
BA
2 1 0 1 0 1 2 1 1 0, 1 01 2 1 2 1 0 0 1
所以
A1 0 1. 1 2
15
三、逆矩阵的运算性质
(1) 若A可逆,则A1亦可逆,且( A1 )1 A . (2) 若A可逆,数k 0,则kA可逆,且 (kA)1 1 A1.
可逆时,
求 A1
解 A 可逆的充分必要条件是 A ad bc 0

A*
A11 A12
A21 A22
d c
ab
所以当 A ad bc 0 时,
对角元互换位置, 非对角元变号
A1
1 A
A*
ad

线性代数课件第2章矩阵

线性代数课件第2章矩阵

于乘法中的数1. 课件
20
定义5 方阵 A 的 n 次幂定义为 n 个方阵 A 连
乘,即
6 47n个48
An A AL A
其中 n 为正整数,规定 A0 E ,其运算规律:
(1)AkAl Akl ;
(2)(Ak)l Akl (k,l为正整数) .
因为矩阵乘法不满足交换律,所以两个 n 阶方
数,记 A ( a ij ) , A 称为 A的共轭矩阵.
其运算规律(设 A,B为复矩阵,为复数,且
运算都是可行的):
(1) ABAB; (2) AA ;
(3) ABAB.
课件
27
2.3 逆矩阵
课件
28
2.3.1 逆矩阵的定义及性质
定义9 设 A 为 n 阶方阵,若存在 n 阶方阵 B ,
课件
23
所以
0 17
( A B )T
1
4
1
3
3 1 0
解法2 (AB)TBTAT
1 4 2 2 1 0 17 7 2 0 0 314 13
1 3 11 2 3 10
课件
24
定义7 设 A为 n阶方阵,若满足 AT A ,则
称 A为对称矩阵,即 ai jaji(i,j1 ,2,,n)
a21
b21
M
a12 b12 L a22 b22 L
M
am1
bm1
am2 bm2
L
a1n b1n
a2n
b2n
M
amn
bmn
= (aij + bij ) 课件
10
例1 设
A
3 1
0 4
75,

线性代数第二章矩阵及其运算2-3PPT课件

线性代数第二章矩阵及其运算2-3PPT课件
例如,设实数k=2,矩阵A=[1 2; 3 4],则kA=[2 4; 6 8]。
CHAPTER 02
矩阵的乘法
矩阵乘法的定义
01
矩阵乘法是将两个矩阵对应位置的元素相乘,得到一个新的矩 阵。
02
矩阵乘法的结果是一个矩阵,其行数等于左矩阵的行数,列数
等于右矩阵的列数。
矩阵乘法的操作顺序是先进行行操作,再进行列操作。
CHAPTER 05
矩阵的秩
秩的定义
秩的定义
矩阵的秩是其行向量组或列向量 组的一个极大线性无关组中向量 的个数。
秩的Байду номын сангаас质
矩阵的秩是唯一的,且其值满足 特定的性质,如对于任何矩阵A, r(A)≤min(m,n),其中m和n分别 为矩阵A的行数和列数。
秩的计算方法
可以通过多种方法计算矩阵的秩, 如高斯消元法、行变换法、初等 行变换法等。
线性代数第二章矩阵及 其运算2-3ppt课件
CONTENTS 目录
• 矩阵的加法与数乘 • 矩阵的乘法 • 逆矩阵与伴随矩阵 • 矩阵的行列式 • 矩阵的秩 • 矩阵的应用
CHAPTER 01
矩阵的加法与数乘
矩阵的加法
矩阵加法定义
两个矩阵A和B的和记作A+B,定义 为满足以下条件的矩阵C,即C的元 素Cij=Aij+Bij(i,j=1,2,…,n)。
03
矩阵乘法的性质
1 2
结合律
$(AB)C=A(BC)$,即矩阵乘法满足结合律。
分配律
$A(B+C)=AB+AC$,即矩阵乘法满足分配律。
3
单位元
存在一个单位矩阵,使得任意矩阵与单位矩阵相 乘都等于原矩阵。

线性代数第2章矩阵PPT课件

线性代数第2章矩阵PPT课件
线性代数第2章矩阵ppt 课件
目录 CONTENT
• 矩阵的定义与性质 • 矩阵的逆与行列式 • 矩阵的秩与线性方程组 • 矩阵的特征值与特征向量 • 矩阵的对角化与相似变换
01
矩阵的定义与性质
矩阵的基本概念
矩阵是一个由数字组 成的矩形阵列,行数 和列数可以不同。
矩阵的维度是指行数 和列数的数量。
矩阵的元素通常用方 括号括起来,并用逗 号分隔。
矩阵的运算规则
01
02
03
加法
两个矩阵的加法是将对应 位置的元素相加。
数乘
一个数乘以一个矩阵是将 该数乘以矩阵的每个元素。
乘法
两个矩阵的乘法只有在第 一个矩阵的列数等于第二 个矩阵的行数时才能进行。
特殊类型的矩阵
对角矩阵
对角线上的元素非零,其他元素为零的矩阵。
行列式的递推公式法
递推公式法是一种常用的计算行列式 的方法,它通过递推关系式将n阶行 列式转化为低阶行列式进行计算。这 种方法在计算较大行列式时非常有效。
03
矩阵的秩与线性方程组
矩阵的秩
矩阵的秩定义
矩阵的秩是其行向量组或列向量 组的一个极大线性无关组中向量 的个数。
矩阵的秩的性质
矩阵的秩是唯一的,且满足行秩 等于列秩。矩阵的秩等于其任何 子矩阵的秩。
02
特征值和特征向量与矩阵的乘法 运算有关,即如果Ax=λx,那么 (kA)x=(kλ)x,其中k是任意常数。
03
特征值和特征向量与矩阵的转置 运算有关,即如果Ax=λx,那么 A^Tx=(λ^T)x。
特征值与特征向量的计算方法
定义法
根据特征值和特征向量的定义, 通过解方程组Ax=λx来计算特
征值和特征向量。

《线性代数》课件-第二章 矩阵及其运算

《线性代数》课件-第二章 矩阵及其运算

a11
A
A
a21
am1
a12 a22
am1
a1n
a2n
amn
数乘矩阵的运算规律
a, b, c R 结 合 (ab)c a(bc) 律 分 (a b) c ac bc 配 律 c (a b) ca cb
设 A、B是同型矩阵, , m 是数 (m)A (m A)
a11
a12
a13
a14
4
c11 a1kbk1
b11
b21
b31
b41
k 1
4
c12 a11b12 a12b22 a13b32 a14b42 a1k bk 2 k 1
一般地,
4
cij ai1b1 j ai 2b2 j ai 3b3 j ai4b4 j aikbkj k 1
行列式
矩阵
a11 a12
a1n
a21 a22
a2n
an1 an2
ann
(1) a a t( p1 p2 pn ) 1 p1 2 p2
p1 p2 pn
行数等于列数
共有n2个元素
a11 a12
a21
a22
am1 am1
anpn
a1n
a2n
amn
行数不等于列数 共有m×n个元素 本质上就是一个数表
第二章 矩阵及其运算
§1 矩阵
一、矩阵概念的引入 二、矩阵的定义 三、特殊的矩阵 四、矩阵与线性变换
B
一、矩阵概念的引入
例 某航空公司在 A、B、C、D 四座 A
城市之间开辟了若干航线,四座城市 之间的航班图如图所示,箭头从始发 地指向目的地.
城市间的航班图情况常用表格来表示:

线性代数第二章课件2-2

线性代数第二章课件2-2

5
若A是 n 阶矩阵,则 Ak
Ak AAA 并且 Am A
为A的
k Am
k k,
次幂,即 Am k Amk
.
k个
m ,k为正整数
18
例3 计算下列乘积:
1
22 1
2
3

1
2 2
1
2 1
2 2 1
2 2 2 2 2 2
4 4.
3
3 1 3 2 3 6
19
2
b1
k 1
s
s
s
(cij )
a2k bk1
a2k bk 2 a2k bkn
k 1
k 1
k 1
s
s
s
amk bk1 amk bk2 amk bkn m n
k 1
k 1
k 1
12
2. 矩阵乘法不满足下面两条性质
(1) 矩阵乘法不满足消去律。
例 A 1 1 B 1 1
a1n x1 b1
a2n
x2
b2
amn xn bm
29
AX B
30
y1 a11 x1 a12 x2 a1n xn
线性变换
y2 a21 x1 a22 x2 a2n xn
ym am1 x1 am2 x2 amn xn
可表示为:
并把此乘积记作 C AB .
8
例1
C 2 1
4 2
222 3
4
622
16 8
?
32 16 22
例2 设
1 A 1
0
0 1 5
1 3 1
2 0 4
B
0 1 3 1

线性代数课件2精编版

线性代数课件2精编版
方程组(**)只有全零解。
推论2、当s n时,任意s个n维向量都是线性相关的。 特别的,任意n 1个n维向量是线性相关的。
推论3、在n维向量空间Rn中,任意一个线性无关的向量组 最多包含 n个向量。
线性代数
第二章 线性方程组
第2节 n维向量
推论4、n个n维向量1 (a11, a21,..., an1),....,n (a1n , a2n ,..., ann )
线性代数
第二章 线性方程组
第2节 n维向量
注:向量减法 (-)
0 , k ,(1)
若k ,则必有k 0或
定义、设1,2 ,...,s为一组向量,k1, k2 ,..., ks是s个数,
称向量k11
k2 2
...
ks
s是向量1
,
2
,
...,
的一个
s
线性组合,其中k1, k2 ,..., ks为这个组合的组合系数。
存在不全为0的k1, k2 ,..., ks使得(1)式成立,则称向量组
1,2 ,...,s线性相关;若只有当k1 k2 ... ks 0时才能 使(1)式成立,则称1,2 ,...,s线性无关。
线性代数
第二章 线性方程组
第2节 n维向量
定理2、设i a1i , a2i ,..., ani i 1, 2,..., s是s个n维向量,则向量组
规定:n维向量 (a1, a2 ,..., an ), (b1,b2,...,bn ), 当ai bi (i 1,..., n)时,称它们相等,记为
定义 (1)若 (a1, a2 ,..., an ), (b1, b2,..., bn ),定义
两个向量之和: a1 b1, a2 b2 ,..., an bn

同济版线性代数课件--§2 全排列及其逆序数

同济版线性代数课件--§2 全排列及其逆序数

三、排列的逆序数
我们规定各元素之间有一个标准次序, n 个 不同的自然数,规定由小到大为标准次序. 1. 定义 在一个排列 p 1 p 2 p t p s p t p s , 则称这两个数组成一个逆序.
p n 中,
若数
(即:大的数在小的数左边,则这两数构成一个逆序) 例如 排列32514 中, 逆序 3 2 5 1 4
t N(p514 的逆序数.
例2
计算下列排列的逆序数,并讨论它们的
奇偶性.
1 2
217986354 n n 1 n 2 321
逆序
逆序
2. 定义 一个排列中所有逆序的总数称为此排
列的逆序数. 例如 排列 32514 中,
3. 排列的奇偶性
逆序数为奇数的排列称为奇排列; 逆序数为偶数的排列称为偶排列.
4.计算排列逆序数的方法
设排列为 p 1 p 2 则其逆序数为 例1
pn , ti 为 pi
构成的逆序数
t1 t 2 t n 1
P3 3 2 1 6 .
P n n ( n 1 ) ( n 2 ) 3 2 1 n !.
1. 由1,2,…,n-1,n(n个数)组成的一个全排列称 为一个n级排列。 如:12345,54321,43512均为5级排列 2. 123…(n-1)n(具有自然顺序的排列为)标准排列。
§2 全排列及其逆序数
一、概念的引入
二、全排列
三、排列逆序数 四、小结
一、概念的引入
引例 用1、2、3三个数字,可以组成多少个没 有重复数字的三位数?
共有 3 2 1 6
种放法.
二、全排列
问题

同济版线性代数课件--§2 初等矩阵

同济版线性代数课件--§2  初等矩阵

初等行变换
1
例3

1 A 2 3 2 2 4 2 2 2
2 2 4 3 1 3 3
3 1 1 ,求 A . 3 1 0 0 1 2 3 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1

1 A E 2 3 1 r2 2 r1 0 r3 3 r1 0
1 0 1 1 1 0 1 1
第i 行
第 j 行
( 2) 以数 k 0 乘某行或某列
以数 k 0 乘单位矩阵的第 矩阵 i 行 ( ri k ) , 得初等
E ( i ( k ))
1 E ( i ( k )) 1
1
变换 ri kr j 的逆变换为 则
E ( ij ( k ))
1
E ( ij ( k )) .
二、初等矩阵的应用
引例
2 1 3
1 0 0 1 0 5
5 2 0
0 5 0 0 1 0
2 0 6 1 4 0
0 2 0 1 1 3 0 2 0 1 1 3
, F 可逆 , r n ,
A , P1 , P 2 , , P l 均可逆
即 F E ,
A P1 P 2 P r EP r 1 P l P1 P 2 P l .
r
3、推论1 方阵A可逆的充分必要条件是 证
A 可逆的充要条件是
E ~ A .
存在有限个初等方阵
即 A E (1 , 2 )
1
E ( 1 , 2 ) BE ( 1 , 3 ( 1 ))

《线性代数》课件-第2章方阵的行列式

《线性代数》课件-第2章方阵的行列式
教学重点:方阵行列式的性质及展开定理,计算典型 的行列式的各种方法.
教学难点:n阶行列式的计算,拉普拉斯定理的应用.
教学时间:6学时.
§1 n 阶行列式的定义
设n阶方阵A=(aij),称
a11 a12
a1n
a21 a22
a2n
an1 an2
ann
为方阵A 的行列式,记为| A |或det A .
1.1 n 阶行列式的引出
于是D中可能不为0的均布项可以记为
a a a b b . 1p1 1p2
mpm 1q1
nqn
这里,pi=ri,qi=rm+i-m,设l为排列p1p2 …pm(m+q1) …(m+qn)的 逆序数。以t,s分别表示排列p1p2 …pm及q1q2 …qn的逆序数,
应有l= t+s,于是
D
(1)l a1p1 a2 p2 a b b mpm 1q1 2q2 bnqn
b2
a2n , j 1, 2, , n.
an1
bn
ann
提出三个问题
(1)D=?(怎么算)?
(2)当D≠0时,方程组是否有唯一解?
(3)若D≠0时,方程组有唯一解,解的形式 是否是
xj
Dj D
,
j 1,2,
, n.
1.2 全排列及其逆序数
1、全排列 用1,2,3三个数字可以排6个不重复三位数即:
第二章 方阵的行列式
行列式是一种常用的数学工具,也是代数学中必不可 少的基本概念,在数学和其他应用科学以及工程技术中有 着广泛的应用。本章主要介绍行列式的概念、性质和计 算方法。
教学目的:通过本章的教学使学生了解行列式的概念, 掌握行列式的性质,会计算各种类型的行列式.

【机器学习-课件】第2章 线性代数2 线性相关和子空间

【机器学习-课件】第2章 线性代数2 线性相关和子空间
则称V为R上的一个线性空间,简称为实线性空间,线性 空间中的元素称为向量。
运算+称为加法运算,k 称为数乘运算,它们统称为 线性运算。
O O 称为零向量,若 O, 则称 为 的
负向量,并把 的负向量记为 。
二 线性空间例子
例1 Rn 表示全体n维实向量形成的集合,即
a1
Rn
k1 + k2 + k 3 = 0
k2 + k 3 = 0
k 3= 0
这是关于k1, k2, k 3 的齐次方程组,它的系数行 列式
111
由克莱姆法则
1 1 10 1
所以 方程组只有零解,即k1= k2 = k 3 =0。 证毕
线性空间及其子空间 一 线性空间定义 二 线性空间例子 三 线性空间的子空间
量,称集合
R(A) {y | y Ax, x Rn} L (α1,α2 , ,αn ) span{α1,α2 , ,αn}
的负向量
a1
a2
ห้องสมุดไป่ตู้
an
注 Rn是最重要的实线性空间。
类似有复线性空间 Cn
例2 m n 阶实矩阵全体 M mn关于矩阵线性运算是
一个线性空间(实矩阵空间)。特别的
n 阶实方阵全体 Mn 关于矩阵线性运算是一个线性
空间。
a11 a12
A
a21
a22
am1 am2
a1n
a2n
,
不难验证
3 21 2
则 3 就是向量 1、2 的线性组合,又称 3 可 由向量1、2 线性表示。
显然:任一 n 维向量 =(a1,a2,…,an)T 都是向量组
1
0
0
1

线性代数线性代数02-课件_31_31

线性代数线性代数02-课件_31_31

a1
a
a 2
,
a n
a1 0
ka
0
k
a 2
0.
a n
0
若 k 0, 则 a1 a2 an0, 即 a 是零向量时,线性相关。 当 a 不是零向量时,只有当 k 0 时,等式成立,所以线性无关。
(3)向量组包含两个向量 a, b.
k1ak2b 0,不妨设
k1
0,
2 02 2 02
所以向量组线性相关.
例 已知向量组 a1, a2, a3 线性无关,且b1 = a1+a2, b2 = a2+a3, b3 = a3+a1, 试证明向量组 b1, b2, b3 线性无关.
证明 设 k1b1+k2b2+k3b3=0, 即 k1( a1+a2)+k2(a2+a3)+k3( a3+a1) =0,
整理可得 (k1+k3 )a1+(k2+k1)a2+(k3+k2) a3 =0,
由于 a1, a2, a3 线性无关,所 以
101
k1 k3 0 k1 k2 0 k2 k3 0
因为 1 1 0 2 0, 所以方程组有唯一零解k1=k2=k3 =0,
011
因此向量组 b1, b2, b3 线性无关.

a
k2b k1
b.
结论:a, b 线性相关的充要条件是 a, b 的对应分量成比例.
1 1 2
a1
1,
a2
1,
a3
0
2 0 2
这个向量组中任意两个向量线性无关
(4)任一含有零向量的向量组线性相关.
a1,a2, am,0,

线性代数同济第五版课件2-2

线性代数同济第五版课件2-2

一般地,我们有
上页 下页
1、定义
B 设 A a ij 是一个m s 矩阵, b ij 是一个 s n 矩阵,那末规定矩阵 A 与矩阵 B 的乘积 是一个m n 矩阵 C c ij ,其中
c ij a i 1 b 1 j a i 2 b 2 j a is b sj a ik b kj
上页
下页
2、矩阵乘法的运算规律
1 AB C A BC ; 2 A B C AB AC ,
B C A BA CA ;
3 AB A B A B (其中 为数);
4 AE EA A ;
a 11 b 12 a 12 b 22 a 13 b 32 a 21 b 12 a 22 b 22 a 23 b 32
a 11 b 11 a 12 b 21 a 13 b 31 a b a b a b 22 21 23 31 21 11
22
2 2 2 2 32 3
4 4 . 6
上页
下页
a 11 2 b1 b 2 b 3 a 21 a 31
a 12 a 22 a 32
a 13 b1 a 23 b 2 a 33 b 3
k 1
s
i 1 , 2 , m ; j 1 , 2 , , n ,
并把此乘积记作
C AB .
上页
下页
例1
2 C 1 4 2 2 2 2 3 4 6 2 2
16 32 ? 16 2 2 8

线性代数课件2-2方阵的逆阵

线性代数课件2-2方阵的逆阵
不是所有矩阵都有逆阵,只有方 阵才可能有逆阵。一个方阵A的 逆阵存在当且仅当A是可逆矩阵,
即A的行列式值不为零。
逆阵的求法
求一个方阵的逆阵,需要先计算 该方阵的行列式值,然后通过特
定的公式计算出逆阵的元素。
利用逆阵进行矩阵乘法运算
矩阵乘法运算
01
矩阵乘法是线性代数中基本的运算之一,通过矩阵乘法可以解
逆矩阵存在条件
一个方阵存在逆矩阵的充分必要条件是该矩阵非奇异(即行列 式值不为0)。
逆阵的性质
逆矩阵的唯一性
一个方阵的逆矩阵是唯一的。
逆矩阵与转置矩阵的关系
如果$A^{-1}$是矩阵$A$的逆矩阵,那么$(A^{-1})^{-1} = A$。
逆矩阵与行列式的关系
如果$A^{-1}$是矩阵$A$的逆矩阵,那么$det(A^{-1}) = frac{1}{det(A)}$。
决许多实际问题。
逆阵在矩阵乘法中的作用
02
在矩阵乘法中,如果一个矩阵与其逆阵相乘,结果是一个单位
矩阵。因此,利用逆阵可以简化矩阵乘法运算。
逆阵在矩阵乘法中的优势
03
利用逆阵进行矩阵乘法运算可以大大简化计算过程,提高运算
效率。
逆阵在矩阵运算中的重要性
1 2
逆阵的应用范围
逆阵在许多领域都有广泛的应用,如线性方程组 的求解、矩阵的分解、特征值的计算等。
中的应用
线性方程组的解法
01
02
03
高斯消元法
通过消元和回代步骤求解 线性方程组,但当系数矩 阵的行列式为零时,该方 法失效。
克拉默法则
适用于线性方程组系数行 列式不为零的情况,通过 求解方程组得到解。
迭代法
通过迭代过程逐步逼近方 程组的解,适用于大规模 线性方程组。

线性代数第2章 矩阵PPT课件

线性代数第2章 矩阵PPT课件

行矩阵(Row Matrix):
只有一行的矩阵 A a 1 ,a 2 , ,a n ,
称为行矩阵(或行向量).
列矩阵(Column Matrix):
a 1
只有一列的矩阵
B
a2
,
称为列矩阵(或列向量).
a n
暨大珠院
方阵(Square Matrix):
n 行数与列数都等于 的矩阵,称为 n阶方阵.也可记作 An .
排成m的 行n列的数表,
称为 m行n列矩. 阵 简m 称 n矩.阵
a11
记作A
a21
a12 a22
a1n a2n
暨大珠院
am1 am2 amn
简记为
Aa ijm n
或 Amn
实矩阵: 元素是实数;复矩阵:元素是复数.
规定:
Aa a 11
例如: 1 0 3 5 是一个 24
9 6 4 3
1
En
1
1 nn
暨大珠院
数量矩阵(Scalar Matrix):
方阵,主对角元素全为非零常数k,
其余元素全为零的矩阵。
k
kEn
k
k nn
暨大珠院
二. 矩阵的基本运算 1. 矩阵相等.
同型矩阵: 两个矩阵的行数相等、列数也相等
矩阵相等: 设 矩 阵 A m n 与 B m n 是 同 型
33 62 81 6 8 9
暨大珠院
负矩阵:称- A 为矩阵 Aaij 的负矩阵。
a11
A
a 21
a12
a 22
a1n
a 2n
aij
am1
am1
am
n
减法: A B A ( B )
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Unique Solution For 3 × 2 Systems
x2 dx1 + ex 2 = f gx1 + hx 2 = i ax1 + bx 2 = c x1
! !
! ! !
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Case II: Infinitely Many Solutions
For a 2 × 2 system:
x2 ax1 + bx2 = c dx1 + ex2 = f
x2 ax1 + bx 2 = c dx1 + ex 2 = f gx1 + hx 2 = i ! ! ! x1
!
!
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
x1
This happens when lines are on top of each other (fully or partially) d= k· a e= k· b f = k · c for some k.
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
x1 dx1 + ex 2 = f
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Infinitely Many Solutions For 3 × 2 Systems
Lecture 2 Solving Linear Equations Using Elimination Techniques
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Case I: No Solution
For a 2 × 2 system:
x2 ax1 + bx2 = c dx1 + ex2 = f
x1
This happens when there is no overlap (lines don’t intersect) d= k· a e= k· b f = k· c for some k
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Scaling
The scaling operation is: cEi → Ei This means “multiply each side of the ith equation by c and replace the ith equation with what you obtain.” Example: If c = 2, 2x1 + 3x2 = 5 becomes 4x1 + 6x2 = 10 Since this is really the same equation, scaling does not change the solution set.
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
EE 20: Linear Methods for Engineering Analysis and Design Using MATLAB
Matrix Representation
Elementary Equation Operations (EEOs)
If one performs one of the three operations
scaling, interchange, or replacement,
then the linear system changes, but the solution set remains the same. Then the initial and the final systems are said to be equivalent. We will also observe that each of the three operations is reversible.
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
No Solution For 3 × 2 Systems
x2 gx1 + hx 2 = i ax1 + bx 2 = c ! ! ! ! x1 x2 ax1 + bx 2 = c ! ! ! ! gx1 + hx 2 = i x1 ! ! ! x1 dx1 + ex 2 = f ! x2 ! ! ax1 + bx 2 = c gx1 + hx 2 = i dx1 + ex 2 = f ! ! ! ! x2 gx1 + hx 2 = i ax1 + bx 2 = c dx1 + ex 2 = f
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Interchange
The interchange operation is: Ei ↔ Ej
This means “swap the ith and jth equations,” which clearly does not change the solution set either. Example: If the system is 2x1 + 3x2 − 4x3 = 1 −3x1 − 5x2 + 8x3 = −16 5x1 + 314x3 = 18 then E1 ↔ E2 changes it to −3x1 − 5x2 + 8x3 = −16 2x1 + 3x2 − 4x3 = 1 5x1 + 314x3 = 18
Linear Equation Systems
A linear system looks like: 2x1 + 3x2 − 4x3 = 1 −3x1 − 5x2 + 8x3 = −16 5x1 + 314x3 = 18 In general, there are m equations and n unknowns (m × n system) Definition: The solution set is the set of (x1 , x2 , . . . , xn ) that satisfy each one of the m equations simultaneously. Solving the system means determining the solution set. Three possibilities:
it satisfies both Ei and Ej =⇒ it also satisfies aEi + bEj =⇒ it is also a member of the new solution set.
Conversely, if (x1 , x2 , . . . , xn ) is a member of the new solution set,
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Case III: Unique Solution
For a 2 × 2 system:
x2 dx1 + ex2 = f
ax1 + bx2 = c x1
This happens when lines intersect. (All other cases) Examples: /algebra/linear_equation/systems-of-equation/real-world-application.php
Solution Sets
Equivalent Systems
Gaussian Elimination
Gauss-Jordan Elimination
Matrix Representation
Forward Elimination
Step 1: Apply aE1 + Ei → Ei to all i > 1 so as to eliminate x1 from all the equations below E1 . Example: 2x1 + 3x2 − 4x3 = 1 −3x1 − 5x2 + 8x3 = −16 5x1 + 314x3 = 18 Apply 1.5E1 + E2 → E2 : 2x1 + 3x2 − 4x3 = 1 − 0.5x2 + 2x3 = −14.5 5x1 + 314x3 = 18 2x1 + 3x2 − 4x3 = 1 − 0.5x2 + 2x3 = −14.5 − 7.5x2 + 324x3 = 15.5
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