Загрузка

Исследование систем линейных уравнений ИТ

Система уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 4x+7y=0,\\5x-3y=0,\\8x+14y=0\end{array}\right.$$ является:
  1. Если ранг основной матрицы системы равен рангу ее расширенной матрицы, то система совместная.
  2. Если ранг системы равен числу переменных, то система имеет единственное решение, а если ранг меньше числа переменных, то множество решений системы бесконечно.
Разделим третье уравнение системы на число $$2$$: 
$$\left\{\begin{array}{lr}4x+7y=0,\\5x-3y=0,\\4x+7y=0.\end{array}\right.$$
Запишем систему в виде:
$$\left\{\begin{array}{lr}4x+7y=0,\\5x-3y=0.\end{array}\right.$$
Запишем основную и расширенную матрицы системы:
$$A=\begin{bmatrix}4 & 7\\5 & -3\end{bmatrix}$$; $$Ã=\begin{bmatrix}4 & 7 & 0\\5 & -3 & 0\end{bmatrix}$$.
Так как $$r_A=r_Ã=2$$ и число переменных равно $$2$$, то система совместная определенная.
Если все свободные члены уравнений системы равны нулю, то такая система уравнений называется однородной .
Выберите несколько вариантов ответов
Система линейных уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 3x+2y-z=5,\\3x+2y+z=-5\end{array}\right.$$ является:
Если ранг основной матрицы равен рангу расширенной матрицы и равен числу переменных системы, то система совместная определенная. 
Если ранг основной матрицы равен рангу расширенной матрицы, но меньше числа переменных системы, то система совместная неопределенная.
Запишем основную и расширенную матрицы системы: 
$$A=\begin{bmatrix}3 & 2 & -1\\3 & 2 & 1\end{bmatrix}$$; $$Ã=\begin{bmatrix}3 & 2 & -1 & 5\\3 & 2 & 1 & -5\end{bmatrix}$$. 
Наивысший порядок миноров этих матриц равен $$2$$. Среди миноров второго порядка найдется минор, не равный числу нуль. 
 Например: $$\begin{vmatrix} 3 & -1\\3 & 1\end{vmatrix}\neq0$$. 
Следовательно, ранги основной и расширенной матриц системы равны $$2$$. Значит, система несовместная. 
Но так как число переменных больше рангов матриц (система содержит $$3$$ переменные), то данная система неопределенная.
Рангом матрицы называют наибольший из порядков отличных от нуля ее миноров.
Выберите несколько вариантов ответов
Система линейных уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 3x+2y=5,\\3x+2y=-5\end{array}\right.$$ является:

Теорема Кронекера-Капелли. Система линейных алгебраических уравнений совместная, если ранг ее основной матрицы равен рангу расширенной матрицы. Система несовместная, если ранг ее основной матрицы меньше ранга расширенной матрицы.
Запишем основную и расширенную матрицы системы:
$$A=\begin{bmatrix}3 & 2\\3 & 2\end{bmatrix}$$; $$Ã=\begin{bmatrix}3 & 2 & 5\\3 & 2 & -5\end{bmatrix}$$.
Так как $$\begin{vmatrix} 3 & 2\\3 & 2\end{vmatrix}=0$$, то ранг основной матрицы системы равен $$1$$.
Так как $$\begin{vmatrix} 3 & 5\\3 & -5\end{vmatrix}\neq0$$, то ранг расширенной матрицы системы равен $$2$$.
Следовательно, система несовместная.
Если в матрице произвольным образом выбрать $$s$$ строк и $$s$$ столбцов и из элементов, стоящих на пересечении этих строк и столбцов, составить определитель, то получим минор порядка $$s$$ этой матрицы.
Выберите несколько вариантов ответов
Если $$(x_{0};y_{0};z_{0})$$ – решение системы уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} x+3y+3z=2,\\ 2x+6y+6z=4 ,\\ -x+y+3z=0, \end{array}\right.$$ то значение выражения $$x_{0}+y_{0}$$ равно:
  1. Если ранг основной матрицы системы равен рангу ее расширенной матрицы, то система совместная. 
  2. Если ранг системы равен числу переменных, то система имеет единственное решение, а если ранг меньше числа переменных, то множество решений системы бесконечно.

Разделим второе уравнение системы на число $$2$$ и запишем ее в виде:

$$\left\{\begin{array}{lr} x+3y+3z=2, \\ x+3y+3z=2 , \\ -x+y+3z=0 \end{array}\right. $$ или $$\left\{\begin{array}{lr} x+3y+3z=2 , \\ -x+y+3z=0. \\ \end{array}\right. $$.

Так как $$r_{A}=r_{\tilde{A}}=2$$, то система совместная.

Вычитая из первого уравнения системы второе, получим:

 $$2x+2y=2$$, откуда $$x+y=1$$.

Данная система совместная неопределенная, так как ранг системы меньше числа переменных.

Выберите один из вариантов
Если система уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 2x_1-2x_2+3x_3+x_4=7,\\x_1+5x_2-x_3+2x_4=-2,\\x_1-3x_2+5x_3-2x_4=4,\\3x_1-9x_2+15x_3-6x_4=0\end{array}\right.$$ совместная, то ее решение имеет вид:
  1. Если ранг основной матрицы системы равен рангу ее расширенной матрицы, то система совместная.
  2. Если ранг основной матрицы системы меньше ранга ее расширенной матрицы, то система несовместная.
Запишем расширенную матрицу системы и с помощью элементарных преобразований приведем ее к трапециевидному виду:
$$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\1 & -3 & 5 & -2 & 4\\2 & -2 & 3 & 1 & 7\\3 & -9 & 15 & -6 & 0\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\0 & 8 & -6 & 4 & -6\\0 & -12 & 5 & -3 & 11\\0 & 24 & -18 & 12 & -6\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\0 & 4 & -3 & 2 & -3\\0 & -12 & 5 & -3 & 11\\0 & 4 & -3 & 2 & -1\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\0 & 4 & -3 & 2 & -3\\0 & 0 & -4 & 3 & 2\\0 & 0 & 0 & 0 & -2\end{array}\right]$$.
Ранг основной матрицы системы равен $$3$$, так как минор четвертого порядка равен нулю, а среди миноров третьего порядка есть отличные от нуля, например,
$$\begin{vmatrix}1 & 5 & -1\\0 & 4 & -3\\0 & 0 & -4\end{vmatrix}=-16$$.
Ранг расширенной матрицы системы равен $$4$$, так как среди миноры четвертого порядка есть отличные от нуля, например,
$$\begin{vmatrix}1 & 5 & -1 & -2\\0 & 4 & -3 & -3\\0 & 0 & -4 & 2\\0 & 0 & 0 & -2\end{vmatrix}=32$$.
Следовательно, система несовместная.
Определитель треугольной матрицы равен произведению элементов главной диагонали.
Выберите несколько вариантов ответов
Если система уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 2x_1-2x_2+3x_3+x_4=7,\\x_1+5x_2-x_3+2x_4=-2,\\x_1-3x_2+5x_3-2x_4=4,\\3x_1-9x_2+15x_3-6x_4=12\end{array}\right.$$ совместная, то ее решение имеет вид:
  1. Если ранг основной матрицы системы меньше ранга ее расширенной матрицы, то система несовместная.
  2. Если ранг основной матрицы системы равен рангу ее расширенной матрицы, то система совместная.
  3. Если ранг системы равен числу переменных, то система имеет единственное решение, а если ранг меньше числа переменных, то множество решений системы бесконечно.
Запишем расширенную матрицу системы и с помощью элементарных преобразований приведем ее к трапециевидному виду:
$$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\1 & -3 & 5 & -2 & 4\\2 & -2 & 3 & 1 & 7\\3 & -9 & 15 & -6 & 12\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\0 & 8 & -6 & 4 & -6\\0 & -12 & 5 & -3 & 11\\0 & 24 & -18 & 12 & -18\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\0 & 4 & -3 & 2 & -3\\0 & -12 & 5 & -3 & 11\\0 & 4 & -3 & 2 & -3\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\0 & 4 & -3 & 2 & -3\\0 & 0 & -4 & 3 & 2\\0 & 0 & 0 & 0 & 0\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 5 & -1 & 2 & -2\\0 & 4 & -3 & 2 & -3\\0 & 0 & -4 & 3 & 2\end{array}\right]$$.
Ранг основной матрицы системы равен рангу расширенной матрицы, так как среди миноров третьего (высшего) порядка есть отличные от нуля, например,
$$\begin{vmatrix} 1 & & -1\\0 & 4 & -3\\0 & 0 & -4\end{vmatrix}=-16$$.
Так как ранг меньше числа переменных, то система совместная неопределенная.
Составим и решим систему уравнений:
$$\left\{\begin{array}{lr} x_1+5x_2-x_3+2x_4=-2,\\4x_2-3x_3+2x_4=-3,\\-4x_3+3x_4=2.\end{array}\right.$$
Полагая $$x_4=a$$, где $$a \in R$$, получим:
$$\left\{\begin{array}{lr} x_1+5x_2-x_3+2a=-2,\\4x_2-3x_3+2a=-3,\\-4x_3+3a=2.\end{array}\right.$$
Найдем значение переменной $$x_3$$:
$$4x_3=3a-2$$, откуда $$x_3=\frac{3a}{4}-\frac{1}{2}$$.
Найдем значение переменной $$x_2$$:
$$4x_2=-3-2a+\frac{9a}{4}-\frac{3}{2}$$, откуда $$x_2=\frac{a}{16}-{9}{8}$$.
Найдем значение переменной $$x_1$$:
$$x_1=-2-2a+\frac{3a}{4}-\frac{1}{2}-\frac{5a}{16}+\frac{45}{8}$$, откуда $$x_1=-\frac{25a}{16}+\frac{25}{8}$$.
Чтобы привести матрицу к треугольному (трапециевидному) виду, можно выполнять следующие элементарные преобразования этой матрицы:
    1) умножать и делить все элементы строки на отличное от нуля число; 
    2) менять местами строки;
    3) складывать и вычитать соответственные элементы строк;
    4) удалять строки, все элементы в которых нули.
Выберите несколько вариантов ответов
Если $$\left | A \right |$$ – определитель основной матрицы системы уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 2x+y-3z=0,\\ x+2y-z=0 ,\\ 3x-y+4z=0, \end{array}\right.$$ а $$(x_{0};y_{0};z_{0})$$ – ее решение, то значение выражения $$\left | A \right |\cdot(x_{0} \cdot y_{0} \cdot z_{0})$$ равно:

Если все свободные члены уравнений системы равны нулю, то такая система уравнений называется однородной

 Однородная система линейных уравнений всегда имеет решение: 

    а) единственное (все значения переменных равны нулю), когда она определенная;

    б) бесконечное множество решений, когда она неопределенная.

  1. Найдем определитель основной матрицы системы: 
    $$\left | A \right |=\begin{vmatrix} 2 & 1 & -3 \\ 1 & 2& -1 \\ 3& -1& 4 \end{vmatrix}$$, $$\left | A \right |=16-3+3+18-4-2=28\neq 0$$.

    Следовательно, система совместная определенная и имеет единственное решение: $$(0; 0; 0)$$.

  2. Найдем значение выражения:
     $$\left | A \right |\cdot(x_{0} \cdot y_{0} \cdot z_{0})=0$$.

Однородная система линейных уравнений всегда совместна, но она может быть как определенной, так и неопределенной.

Выберите один из вариантов
Система уравнений $$\begin{cases} x_{1}-x_{2}-13x_{3}-13x_{4}=0, \\ 2x_{1}+3x_{2}-x_{3}+4x_{4}=0, \\ x_{1}+2x_{2}+2x_{3}+5x_{4}=0, \\ 2x_{1}+x_{2}-11x_{3}-8x_{4}=0 \end{cases}$$ является:
  1. Система, которая имеет хотя бы одно решение, называется совместной.
  2. Если система имеет только одно решение, то она называется определенной, а если имеет бесконечно много решений - неопределенной.
  3. Система, которая не имеет ни одного решения, называется несовместной.
  4. Если ранг основной матрицы системы не равен рангу ее расширенной матрицы, то система не совместная.
  5. Если ранг основной матрицы системы равен рангу ее расширенной матрицы, то система совместная.
  6. Если ранг равен числу переменных системы, то система имеет единственное решение, а если ранг меньше числа неизвестных, то множество решений системы бесконечно.

Преобразуем основную матрицу системы:

$$\begin{pmatrix} 1 & -1 & -13 &-13 \\ 2& 3& -1 &4 \\ 1&2 & 2 & 5\\ 2 & 1&-11 &-8 \end{pmatrix}$$; $$\begin{pmatrix} 1 & -1 & -13 &-13 \\ 0& 5& 25&30 \\ 0&3 & 15 & 18\\ 0 & 3&15 &18 \end{pmatrix}$$; $$\begin{pmatrix} 1 & -1 & -13 &-13 \\ 0& 1& 5&6 \\ 0&1 & 5 & 6\\ 0 & 1&5 &6 \end{pmatrix}$$; $$\begin{pmatrix} 1 & -1 & -13 & -13 \\ 0 & 1 & 5 & 6\end{pmatrix}$$. 

Так как ранг основной матрицы равен $$2$$, а число переменных системы равно $$4$$, то система совместная неопределенная.

Мы выполнили следующие преобразования матрицы:

  1. Вторая строка: все элементы первой строки исходной матрицы умножили на число $$–2$$ и сложили их с соответствующими элементами второй строки.
  2. Третья строка: из элементов третьей строки исходной матрицы вычли соответствующие элементы первой строки.
  3. Четвертая строка: все элементы первой строки исходной матрицы умножили на число $$–2$$ и сложили их с соответствующими элементами четвертой строки.
Выберите несколько вариантов ответов
Система линейных уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 4x+7y-1=0,\\5x-3y+1=0\end{array}\right.$$ является:
  1. Если ранг основной матрицы системы меньше ранга ее расширенной матрицы, то система несовместная.
  2. Если ранг основной матрицы системы равен рангу ее расширенной матрицы, то система совместная.
  3. Если ранг системы равен числу переменных, то система имеет единственное решение, а если ранг меньше числа переменных, то множество решений системы бесконечно.
Запишем систему в виде: 
$$\left\{\begin{array}{lr}4x+7y=1,\\5x-3y=-1.\end{array}\right.$$
Запишем основную и расширенную матрицы системы:
$$A=\begin{bmatrix}4 & 7\\5 & -3\end{bmatrix}$$; $$Ã=\begin{bmatrix}4 & 7 & 1\\5 & -3 & -1\end{bmatrix}$$.
Найдем минор второго порядка:
$$\begin{vmatrix}4 & 7\\5 & -3\end{vmatrix}=-12-35=-47$$.
Так как минор второго порядка не равен нулю, то $$r_A=r_Ã=2=n$$, где $$n$$ $$-$$ число переменных.
Следовательно, система совместная определенная.
Ранг матрицы $$A$$ обозначают: $$r$$, или $$r_A$$, или $$rang A$$.
Выберите несколько вариантов ответов
Если система уравнений $$\left\{\begin{array}{lr} 2x_1-2x_3+x_4=0,\\ 3x_1-x_2-x_4=2 ,\\ x_1+x_2-4x_3=1\end{array}\right.$$ совместная, то ее решение имеет вид:
Теорема Кронекера-Капелли. Система линейных алгебраических уравнений совместная, если ранг ее основной матрицы равен рангу расширенной матрицы. Система несовместная, если ранг ее основной матрицы меньше ранга расширенной матрицы.
Запишем расширенную матрицу системы и с помощью элементарных преобразований приведем ее к трапециевидному виду:
$$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 1 & -4 & 0 & 1\\2 & 0 & -2 & 1 & 0\\3 & -1 & 0 & -1 & 2\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 1 & -4 & 0 & 1\\0 & 2 & -6 & -1 & 2\\0 & 4 & -12 & 1 & 1\end{array}\right]$$; $$\left[\begin{array}{rrrr|r} 1 & 1 & -4 & 0 & 1\\0 & 2 & -6 & -1 & 2\\0 & 0 & 0 & -3 3\end{array}\right]$$.
Ранг основной матрицы системы равен рангу расширенной матрицы, так как среди миноров третьего (высшего) порядка есть отличные от нуля, например,
$$\begin{vmatrix} 1 & 1 & 0\\0 & 2 & -1\\0 & 0 & -3\end{vmatrix}=-6$$.
Так как ранг меньше числа переменных, то система совместная неопределенная.
Составим и решим систему уравнений:
$$\left\{\begin{array}{lr} x_1+x_2-4x_3=1,\\2x_2-6x_3-x_4=2,\\x_4=-1;\end{array}\right.$$ $$\left\{\begin{array}{lr} x_1+x_2-4x_3=1,\\2x_2-6x_3=1,\\x_4=-1.\end{array}\right.$$
Полагая $$x_3=a$$, где $$a\in R$$, получим:
$$\left\{\begin{array}{lr} x_1+x_2-4a=1,\\2x_2-6a=1,\\x_4=-1;\end{array}\right.$$ $$\left\{\begin{array}{lr} x_1+x_2-4a=1,\\x_2=0,5+3a,\\x_4=-1;\end{array}\right.$$ $$\left\{\begin{array}{lr} x_1=a=0,5,\\x_2=3a+0,5,\\x_4=-1.\end{array}\right.$$
Если ранг системы равен числу переменных, то система имеет единственное решение, а если ранг меньше числа переменных, то множество решений системы бесконечно.
Выберите несколько вариантов ответов