Пусть задано уравнение
![]() | (8) |
где матрица квадратная с
. Тогда умножим слева заданное равенство на
и получим
или
| (9) |
Заметим, что если размерность матрицы ![]() ![]() ![]() ![]() |
![]() ![]() |
Аналогично решается уравнение |
![]() ![]() |
при этом
| (10) |
Пример 10
Решить матричное уравнение
.
Решение
Имеем уравнение , где
,
. Находим
, тогда
.
Вычислим алгебраические дополнения матрицы :
Таким образом, .
Сделаем проверку: .
Искомое решение: .
Проверить, что дает матрицу
.
F. Решение квадратных систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) матричным методом и по правилу Крамера
Пусть задана система вида:
![]() | (11) |
Запишем квадратную матрицу системы размерности :
, матрицу-столбец из неизвестных
, и матрицу-столбец из свободных коэффициентов
.
В этих обозначениях система (11) примет вид:
![]() | (12) |
Если , то решение матричного уравнения (12) следующее:
![]() | (13) |
Заметим, что , т.е.
– матрица такой же размерности, что и
. Формула для обратной матрицы
.
Решение:
.
Тем самым мы получили формулы Крамера:
![]() | (14) |
для СЛАУ (11), где главный определитель системы , а
– вспомогательные определители (получающиеся из главного заменой
-го столбца на столбец из свободных коэффициентов). Например
можно обозначить
.
Теорема 1 (Крамера).
СЛАУ (11) можно привести к виду:
![]() | (15) |
Тогда возможны три случая:
Если главный определитель , то система (11) имеет единственное решение:
, где
.
Если , а хотя бы один
, то система не совместна (решений не имеет), поскольку имеется противоречивое уравнение
.
Если и все
, то система имеет бесконечное число решений.
G. Метод Гаусса
Для систем произвольного вида
![]() ![]() | (16) |
(прямоугольных), где число уравнений не совпадает с числом неизвестных, применяется общий метод последовательного исключения (МПИ) неизвестных, основанный на элементарных преобразованиях типа:
умножение некоторого уравнения системы на отличное от нуля число;
прибавление к одному уравнению системы другого ее уравнения, умноженного на произвольное число, отличное от нуля;
перестановка местами двух уравнений системы.
Такие преобразования системы не изменяют множество ее решений и называются преобразованиями типа Гаусса. Заметим, что, выполняя преобразования 1–3 над уравнениями системы, соответствующие элементарные преобразования производятся над строками расширенной матрицы системы:
.
Поэтому на практике экономичней проводить МПИ в матричной форме. После конечного числа шагов элементарных преобразований приходим к матрицам вида:
а) | ![]() | или | б) | ![]() |
В случае а) система примет треугольную форму и будет иметь единственное решение, а в случае б) система примет трапециевидную форму и будет иметь множество решений.
Заметим, что если на некотором шаге появится строка ,
, то система будет несовместной, т.е. не будет иметь решений.
Нахождение неизвестных из преобразованной (треугольной или трапецевидной) системы идет снизу вверх и называется обратным ходом в методе Гаусса.