–x1 + 3x2 + 3x3 + 2x4 + 5x5 = 2
–4x2 – 7x3– 3x4 – 11x5 = –4
6x4 – x5 = 4.
Негізгі белгісіздерді x1, x2, x5 және еркін белгісіздерді x2, x4 деп алуға болады. Еркін белгісіздер теңдеулердің оң жағына шығарылады:
x1 = 14 – x3 – x4
x2 = 12 – x3 – x4
x5 = –4 + 6x4.
Осы жүйенің жалпы шешімі болады. Жалпы шешімнің векторлық түрі (14 – x3 – x4, 12 – x3 – x4, x3, x4,–4 + 6x4) деп жазылады. Жүйенің дербес шешімін табу үшін еркін белгісіздерге мән беру керек, мысалы x3 = 0, x4 = 0. Онда x1 = 14, x2 = 12, x5 = –4. Сөйтіп, жүйенің дербес шешімі (14, 12, 0, 0, –4) векторы болады.
4. Берілген жүйені, параметрінің мәніне тәуелді зерттеп, шешейік:
–6x1 + 7x2 + 3x3 = –2
x1 + 3x2 + 2x3 = 7
x1 + 8x2 + 5x3 = .
Әдеттегідей жүйенің кеңейтілген матрицасы сатылы түрге келтіріледі:
= . Жүйенің негізгі A матрицасының рангі 2 және кеңейтілген матрицаның рангі параметрінің мәніне тәуелді.
Егер 15 болса, онда кеңейтілген матрицаның рангі 3 және негізгі матрицаның рангіне тең емес болады. Сондықтан, Кронеккер-Капелли теоремасы бойынша, жүйе үйлесімсіз.
Егер = 15, болса, онда негізгі және кеңейтілген матрицалардың рангтеріі 2-ге тең. Сондықтан жүйе үйлесімді және анықталмаған. Кеңейтілген матрицаны түрі болады. Осы матрица
x1 + 3x2 + 2x3 = 7
5x2 + 3x3 = 8
жүйесінің кеңейтілген матрицасы болады. Негізгі белгісіздер x1, x2, еркін белгісіз x3 болады. Осы жүйенің жалпы шешімін табамыз:
x1 = – x3, x2 = – x3, векторлық түрде жалпы шешім (– x3, – x3, x3) деп жазылады.
5. Жүйені параметрінің мәніне тәуелді зерттеп, шешейік:
x1 + x2 – x3 = –2
x1 + x2 + 2x3 = 2
2x1 + 2x2 – x3 = –1.
Кеңейтілген матрица сатылы түрге келтіріледі: ~ ~ ~ ~ . Сонғы матрицаны B деп белгілейік.
Егер = 1 болса, онда B матрицасының түрі болады және оның екінші жолын (–2)-ге көбейтіп, 3-жолға қосса, матрицасына келеміз. Бұл жағдайда кеңейтілген матрицаның рангі негізгі матрицаның рангіне тең емес. Сондықтан жүйе үйлесімсіз болады. Сөйтіп, = 1 болғанда жүйе үйлесімсіз болады.
Егер = –1 болса, онда B матрицасының түрі болады. Бұл жағдайда жүйе үйлесімді және анықталмаған. Осы матрицаға сәйкес жүйенің түрі
x1 – x2 – x3 = –2
4x2 + x3 = 3
болады. Негізгі белгісіздер x1, x3, еркін белгісіз x2 деп алынады. Онда жүйенің жалпы шешімі x1 = 1– 3x2, x3 = 3 – 4x2, векторлық түрдегі жалпы шешім (1– 3x2, x2, 3 – 4x2) деп жазылады.
Егер 2 1 болса, онда кеңейтілген B матрицасының рангі 3 және негізгі матрицаның рангі де 3 болады. Бұл жағдайда жүйе анықталған болады. Жүйенің жалғыз шешімін табу үшін сатылы B матрицасына сәйкес жүйесі жазылады:
x1 + x2 – x3 = –2
–2( – 1)x2 + x3 = 3
( + 1)x3 = + 1.
Осы жүйенің жалғыз шешімі x1 = , x2 = , x3 = 1 болады.
6. b векторы a1, a2, a3, a4 векторлары арқылы сызықтық өрнектелетінін тексеру керек, егер өрнектелсе, онда сол өрнектегі коэффициенттерін табайық, мұндағы a1 = (1, 2, –1, –2), a2 = (2, 3, 0, –1), a3 = (1, 2, 1, 4), a4 = (1, 3, –1, 0), b = (7, 14, –1, 2).
Анықтама бойынша, кейбір x1, x2, x3, x4 скалярлары үшін x1a1 + x2a2 + x3a3 + x4a4 = b болғанда, сонда ғана b векторы a1, a2, a3, a4 векторлары сызықтық өрнектеледі. Осы теңдікті, векторларды баған түрде жазып, матрицалық түрде жазуға болады:
x1 + x2 + x3 + x4 = . Осы матрицалық теңдеу координаталық түрде жазылады:
x1 + 2x2 + x3 + x4 = 7
2x1 + 3x2 + 2x3 + 3x4 = 14
–x1 + x3 – x4 = –1
–2x1 – x2 + 4x3 = 2.
Сөйтіп, осы теңдеулер жүйе үйлесімді болғанда, сонда ғана b векторы a1, a2, a3, a4 векторлары арқылы сызықтық өрнектеледі.
Жүйенің кеңейтілген матрицасы сатылы түрге келтіріледі: . Осы жүйенің жалғыз шешімі бар, өйткені жүйенің кеңейтілген матрицасының рангі негізгі матрицаны рангіне тең. Оған қоса, негізгі матрицаның рангі a1, a2, a3, a4 векторлар жүйесінің санына тең, r(a1, a2, a3, a4) = 4. Сондықтан a1, a2, a3, a4 векторлар жүйесі сызықты тәуелсіз болады. Сатылы матрицаға сәйкес
x1 + 2x2 + x3 + x4 = 7
–x2 + x4 = 0
3x3 + 2 x4 = 6
x3 = 4
жүйесінің шешімі x1 = , x2 = 4, x3 = , x4 = 4. Осыдан b = a1 + 4a2 + a3 + 4a4.
7. b = (7, –2, ) векторы a1 = (1, –6, 1), a2 = (3, 7, 8), a3 = (2, 3, 5) векторлары арқылы сызықтық өрнектелетін параметрінің мәндерін табайық.
Ол үшін b = x1a1 + x2a2 + x3a3 теңдігі орындалатын параметрінің мәндерін табу керек. Векторларды баған түрде жазса, онда осы теңдіктің матрицалық түрі x1 + x2 + x1 = болады. Матрицалық теңдікті координаталық түрде жазса, онда
x1 + 3x2 + 2x3 = 7
–6x1 + 7x2 + 3x3 = –2
x1 + 8x2 + 5x3 = .
Сонымен, параметрінің қандай мәндері үшін осы жүйенің шешімі болатынын анықтау керек. Жүйенің кеңейтілген матрицасы сатылы түрге келтіріледі: . Бұл 4-мысалдағы сатылы матрица. Онда = 15 болғанда жүйе анықталмаған және 15 болғанда жүйе үйлесіміз деп табылған.
Сондықтан есептің жауабы: = 15 болғанда b векторы a1, a2, a3 векторлары арқылы сызықтық өрнектеледі, 15 болғанда өрнектелмейді.
§ 9. Біртекті теңдеулер жүйесі және оның қасиеттері
Достарыңызбен бөлісу: |