Algebra liniowa / redukcja rzędów i formy Eszelonowe
układ równań liniowych można rozwiązać redukując jego macierz rozszerzoną do postaci eszelonowej zredukowanej .
macierz może być zmieniona do postaci zredukowanego wiersza, lub wiersz zredukowany do postaci zredukowanego wiersza przy użyciu elementarnych operacji wiersza. Są to:
- Zamiana jednego rzędu macierzy na drugi macierz.
- pomnóż jeden wiersz macierzy przez niezerową stałą skalarną.
- Zastąp jeden wiersz jednym wierszem plus stała razy kolejny wiersz macierzy.
na przykład, biorąc pod uwagę następujący układ liniowy z odpowiednią macierzą rozszerzoną:
3 x 2 − 6 x 3 + 6 x 4 + 4 x 5 = − 5 {\displaystyle 3x_{2}-6x_{3}+6x_{4}+4x_{5}=-5}
3 x 1 − 7 x 2 + 8 x 3 − 5 x 4 + 8 x 5 = 9 {\displaystyle 3x_{1}-7x_{2}+8x_{3}-5x_{4}+8x_{5}=9}
3 x 1 − 9 x 2 + 12 x 3 − 9 x 4 + 6 x 5 = 15 {\displaystyle 3x_{1}-9x_{2}+12x_{3}-9x_{4}+6x_{5}=15}
{\displaystyle {\begin{bmatrix}0&&&&&&&&&&&&&&&15\end{bmatrix}}}
To solve w tym układzie macierz musi zostać zredukowana do postaci zredukowanej.
Krok 1: Przełącz rząd 1 i rząd 3. Wszystkie wiodące zera są teraz poniżej niezerowych początkowych wpisów.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&-5\end{bmatrix}}}
Step 2: Ustaw rząd 2 na rząd 2 plus (-1) razy rząd 1. Innymi słowy, odejmij wiersz 1 od wiersza 2. Spowoduje to wyeliminowanie pierwszego wpisu w wierszu 2.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&-5\end{bmatrix}}}
Step 3: Multiply row 2 by 3 and row 3 by 2. This will eliminate the first entry of row 3.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&-10\end{bmatrix}}}
Krok 4: Ustaw wiersz 3 na wiersz 3 plus (-1) razy wiersz 2. Innymi słowy, odejmij wiersz 2 od wiersza 3. Spowoduje to wyeliminowanie drugiego wpisu w wierszu 3.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}3&&&&&&&&&&&&&&&8\end{bmatrix}}}
Step 5: pomnóż każdy wiersz przez odwrotność jego pierwszej niezerowej wartości. Spowoduje to, że każdy wiersz zacznie się od 1.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&&&&&&&&&&&&&&&4\end{bmatrix}}}
The matrix is teraz w postaci wiersza echelon: wszystkie niezerowe wiersze są nad dowolnymi wierszami wszystkich zer (nie ma wierszy zerowych), każdy wiodący wpis wiersza znajduje się w kolumnie po prawej stronie wiodącego wpisu wiersza nad nim, a wszystkie wpisy w kolumnie poniżej wiodącego wpisu są zerami.
jak można i zostanie to później pokazane, z tej formy można zauważyć, że system ma nieskończenie wiele rozwiązań. Aby otrzymać te rozwiązania, macierz jest dalej redukowana do postaci zredukowanej.
Krok 6: Ustaw rząd 2 na rząd 2 plus (-1) razy rząd 3 i rząd 1 na rząd 1 plus (-2) razy rząd 3. Spowoduje to wyeliminowanie wpisów nad wiodącym wpisem wiersza 3.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&&&&&&&&&&&&&&&4\end{bmatrix}}}
Step 7: Ustaw rząd 1 na rząd 1 plus 3 razy rząd 2. Eliminuje to wpis nad czołowym wpisem wiersza 2.
{\displaystyle {\begin{bmatrix}1&&&&&&&&&&&&&&&4\end{bmatrix}}}
This is a zredukowana forma echelona, ponieważ przedni wpis w każdym niezerowym wierszu wynosi 1, a każdy Przedni 1 jest jedynym niezerowym wpisem w swojej kolumnie.
z tego można odczytać rozwiązanie systemu:
x 1 − 2 x 3 + 3 x 4 = − 24 {\displaystyle x_{1}-2x_{3}+3x_{4}=-24}
x 2 − 2 x 3 + 2 x 4 = − 7 {\displaystyle x_{2}-2x_{3}+2x_{4}=-7}
x 5 = 4 {\displaystyle x_{5}=4}
Those equations can be solved for x 1 {\displaystyle x_{1}}
, x 2 {\displaystyle x_{2}}
and x 5 {\displaystyle x_{5}}