克莱姆法则及证明
1.3 克莱姆法则(1)
教学要求
1 2 3 了解克莱姆法则的条件和结论； 认识范得蒙行列式； 熟悉掌握计算行列式的几种常用方法。
教学过程
一、克莱姆法则 条件：1）必须是 n 个方程，n 个未知数； 2）系数行列式 D 一定不等于零。 结论：1）线性方程组有唯一解； 2）唯一解为 x1
D1 D , x2 2 , D D
n 1 x2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn 1 x3
n 1 xn
Dn ( x j xi )
i 1 j i 1
n
n
3 掌握范德蒙行列式的计算方法。 从第 n 行开始，后行减去前行的 x1 倍，再用行列式按行展开定理，提出每列元素的公 因式，找出递推规律，以此类推。 练习：书 P26 6 题（4） ，8 题（3） 。
a1n xn ann xn
a1n ann
D1 D , x2 2 , D D
由克莱姆法则，得到课本上第 24 页的定理 4、定理 5。 注意： 1）克莱姆法则的作用是为我们推导线性方程组的求解理论提供理论依据； 2）求解线性方程组时，我们很少用克莱姆法则； 3）在第一章讲克莱姆法则，告诉我们，行列式在求解线性方程组时的应用。
齐次线性方程组有非零解的充要条件 非齐次线性方程组有唯一解、无解和有无穷多解的充要条件
大连海事大学数学系 1
练习：书 P28
10 题、11 题、12 题。
二、范德蒙行列式 1 认识范德蒙行列式；
1 x1 Dn x
2 1
1 x2 x
2 2
1 x3 x
2 3
1 xn
2 xn
x1n 1
2 知道范德蒙行列式的结果；
大连海事大学数学系
克莱姆法则的证明及应用
克莱姆法则的证明及应用克莱姆法则（Cramer's rule）是线性代数中的一个重要定理，它提供了一种求解线性方程组的方法。
克莱姆法则的证明可以通过矩阵的行列式理论进行推导，并且可以应用于求解n个未知数的n个线性方程组。
下面我们将详细介绍克莱姆法则的证明以及其应用。
证明：假设有一个n个未知数的线性方程组，可以表示为Ax=b，其中A为一个n阶方阵，x为未知数向量，b为常数向量。
1.首先，我们求解方阵A的逆矩阵A^-12.接下来，我们用行列式的形式表示方程组的解x_i。
(1)当i=1时，我们将方程组的第i列替换为常数列b，得到矩阵A_i。
(2) 计算矩阵A_i的行列式det(A_i)，并用方程组的解x_i表示为x_i=det(A_i)/det(A)。
3.重复步骤2，直到求解出n个方程的解x_1,x_2,...,x_n。
通过上述步骤，我们证明了克莱姆法则。
应用：1.求解2x2线性方程组：当线性方程组只包含两个未知数时，可以直接应用克莱姆法则求解。
例如，对于方程组：a₁x+b₁y=c₁a₂x+b₂y=c₂其中a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂为已知常数，求解x和y的值可以通过下面的公式计算：x=(c₁b₂-b₁c₂)/(a₁b₂-b₁a₂)y=(a₁c₂-c₁a₂)/(a₁b₂-b₁a₂)2.求解3x3线性方程组：对于包含三个未知数的线性方程组，同样可以利用克莱姆法则进行求解。
例如，对于方程组：a₁x+b₁y+c₁z=d₁a₂x+b₂y+c₂z=d₂a₃x+b₃y+c₃z=d₃其中a₁、b₁、c₁、d₁等为已知常数，可以通过克莱姆法则计算x、y、z 的值。
3.求解特殊矩阵的逆矩阵：4.分析线性方程组的可解性：总结：克莱姆法则是一种求解线性方程组的有效方法，其基本思想是通过行列式运算推导出方程组的解。
克莱姆法则的证明可以通过矩阵的行列式理论进行推导，其应用范围广泛，可以用于求解不同数量未知数的线性方程组，也可以应用于求解特殊矩阵的逆矩阵和判断线性方程组的可解性。
《线性代数》1.5第五节 克莱姆法则
按第一行展开. 由于第一行第 j 1 列的元素 aij 的代数 余子式为
b1 A1 j 1 1
1 j 1
a11 a21 an1
a1 j 1 a2 j 1 anj 1
a1 j 1 a2 j 1 anj 1
a1n a2 n ann
b2 bn
把 A1 j 1 的第1列依次与第2列、第3列、…、第j列 互换，有 所以有
现在验证（2）式是方程组（1）的解，也就是要证明
ai1
D1 D D ai 2 2 ain n bi , D D D
(i 1,2, , ,n)
即 ai1 D1 ai 2 D2 ain Dn bi D 考虑有两行相同的 n 1 阶行列式
bi b1 B b2 bn ai1 a11 a21 an1 ain a1n a2 n 0, ann (i 1, 2, , n)
D1
2 4 1 4 1 2 3 1
1 0 2 2 1 0 2 2
1 2 1 4 1 1 2 4 1 4 0 2 2 4 0 2
＝ 2，D2＝
1 2 3 1 1 2 3
2 4 1 4 1 0 2 2 1 1 1
1 2 1 4 1 1 2 4 1 0 2
线 性 代 数
(第二版)
第五节 克莱姆法则
现在，我们应用 n阶行列式来解含有n个未知量的 n 个线性方程的方程组. 一、克莱姆（Cramer）法则 定理1.5.1（克莱姆法则）若线性方程组
a11 x1 a12 x2 a x a x 21 1 22 2 an1 x1 an 2 x2 a1n xn b1 , a2 n xn b2 , ann xn bn .
克莱姆 法则
b1 ，b2 ， ，bn 全为零，则此方程组称为 n 元齐次线性方程组，即
a11x1 a12 x2 a21x1 a22 x2 an1x1 an2 x2
a1n xn 0 ， a2n xn 0 ，
ann xn 0 ．
（ 1-16 ）
相关概念
方程组（1-15）的系数 aij 构成的行列式
2 8 5 1
9 D1 5
3 2
0 1
6 2
81 ， D2
1 0
9 5
0 1
6 108 ， 2
0 4 7 6
1 0 7 6
2 18 1
2 1 5 8
1 D3 0
3 2
9 5
6 2
27 ， D4
1 0
3 2
0 1
9 27 ， 5
140 6
1 4 7 0
所以， x1
D1 D
81 27
3 ， x2
根，则 f (x) 是一个零多项式。 证明：设 a1 ，a2 ， ，an1 是 f (x) 的 n 1 个不同的根，即
c0 c0
c1a1 c1a2
c2a12 c2a22
cna1n 0 ， cna2n 0 ，
c0
c1an1
c2
a2 n1
cn
an n 1
0，
这是以 c0 ，c1 ， ，cn 为未知数的齐次线性方程组，其系数行列式为
．
1 a1 a12 1 a2 a22
a1n
11
1
a2n
a1 a2
an1
D 1 a3 a32
a3n a12 a22
a2 n 1
1 an1
a2 n 1
an n 1
行列式克莱姆法则
利用克莱姆法则，可以将一个行列式表示为一个数值，通过计算该数值即可得到行列式的值。这种方法适用于系 数行列式不为零的情况，可以简化行列式的计算过程。
实例三：解的唯一性验证
总结词
克莱姆法则可以用于验证线性方程组解的唯一性。
详细描述
通过计算系数矩阵的行列式，利用克莱姆法则判断解的唯一性。如果行列式不为零，则线性方程组有 唯一解；如果行列式为零，则线性方程组可能无解或有无穷多解。这种方法可以用于判断线性方程组 解的情况，为求解问题提供依据。
03 适用范围
研究克莱姆法则的适用范围，探索其在更广泛领 域的应用可能性。
应用领域的拓展
数值分析
将行列式克莱姆法则应用于数值分析中，解决 大规模线性方程组的求解问题。
科学计算
将克莱姆法则与其他科学计算方法相结合，提 高计算效率和精度。
工程领域
将克莱姆法则应用于工程领域，解决实际工程问题，如结构分析、流体动力学 等。
线性方程组解的唯一性条件是克莱姆法则应用的 重要前提之一，它确保了线性方程组的解是唯一 的，从而使得行列式中的每个子式可以代表一个 唯一的解向量。
03
克莱姆法则的推导过程
推导步骤一：行列式的计算
计算行列式的值
根据行列式的定义，按照行或列展开，计算得到行列 式的值。
展开方式的选择
选择合适的展开方式，使得计算过程简化，提高计算 效率。
计算方法的改进
算法优化
优化克莱姆法则的计算方法，提高计算效率，减少计算量。
并行计算
利用并行计算技术，实现克莱姆法则的高效计算，处理大规模数 据。
软件实现
开发适用于克莱姆法则的软件或库，方便用户进行实际应用和计 算。
THANKS
线性代数课件1-5克莱姆法则
线性方程组的解的个数
有唯一解
当系数矩阵的行列式不为零时，线性方 程组有唯一解。
VS
无解或多解
当系数矩阵的行列式为零时，线性方程组 可能无解或多解，此时克莱姆法则不适用 。
03
克莱姆法则的证明过程
系数矩阵的行列式的性质
系数矩阵的行列式不为零
克莱姆法则的前提条件是系数矩阵的行列式 不为零，这是保证线性方程组有唯一解的重 要条件。
线性方程组解的个数的判断
总结词
克莱姆法则可以用于判断线性方程组解的个数。
详细描述
通过计算系数矩阵的行列式值和各列的代数余子式，可 以确定线性方程组的解的个数。如果行列式值不为零， 则线性方程组有唯一解；如果行列式值为零且系数矩阵 的秩等于增广矩阵的秩，则线性方程组有无穷多解；如 果行列式值为零且系数矩阵的秩不等于增广矩阵的秩， 则线性方程组无解。
Ax=b，其中A是系数矩阵，x是未知数矩阵，b是常数矩阵。
特殊形式
当系数矩阵A为方阵时，即行数和列数相等的矩阵，克莱姆法则适用。
系数矩阵的行列式
非零行列式
克莱姆法则的前提是系数矩阵的行列式不为零，即|A|≠0。
行列式的计算
行列式的值是通过其对应元素的代数余子式计算得出的，即|A|=Σ(-1)^(i+j)a_{ij}，其中a_{ij}是A的元 素。
解的唯一性
除了证明解的存在性，还需要证明解是唯一 的。这可以通过利用系数矩阵的行列式不为 零的条件和线性方程组的解的性质来证明。
克莱姆法则的证明
证明过程
克莱姆法则的证明过程涉及多个步骤，包括利用代数余子式计算系数矩阵的行列式、将 线性方程组的解表示为系数矩阵的行列式的值等。这个过程需要仔细推导和计算，确保
第三次课(2—克莱姆法则)
证明 用D中第j列元素的代数余子式A1j , A2j , …, Anj
依次乘方程组(1)的n个方程,得
a11 x1 a12 x2 ... a1n xn A1 j b1 A1 j a x a x ... a x A b A 21 1 22 2 2n n 2j 2 2j .......... .......... ........ an1 x1 an 2 x2 ... ann xn Anj bn Anj
方程是否有解取决于b1和b2的取值, 如果b1=b2, 则头两个方程完全一样, 方程的解不止一个, 而 如b1b2, 方程无解.
齐次线性方程组的相关定理
a11 x1 a12 x2 ... a1n xn 0 a x a x ... a x 0 21 1 22 2 2n n .......... .......... .......... an1 x1 an 2 x2 ... ann xn 0
3与方程组 1
等价, 故
Dn D1 D2 D2 x1 , x2 , x3 , ... , xn . D D D D
也是方程组的 1 解.
证毕
内容小结
1. 克莱姆法则
a11 x1 a12 x2 a1n xn b1 a21 x1 a22 x2 a2 n xn b2 (1) 若线性方程组 an1 x1 an 2 x2 ann xn bn 的系数行列式 D 0, 则方程组(1)有且仅有唯 x j D j / D, ( j 1,2, , n) 一解
有非零解，则它的(当且仅当)系 数行列式必为零。
定理3’为定理3的逆否命题，故显然成立。
克莱姆法则的证明及应用
克莱姆法则的证明及应用a_{11}x_1+a_{12}x_2+...+a_{1n}x_n=b_1,a_{21}x_1+a_{22}x_2+...+a_{2n}x_n=b_2,...a_{n1}x_1 + a_{n2}x_2 + ... + a_{nn}x_n = b_n.我们将系数矩阵记作A，未知数向量记作X，常数向量记作B，则上述线性方程组可以写成矩阵形式为AX=B。
根据矩阵的乘法，可以将AX表示为列向量的线性组合：AX=x_1A_1+x_2A_2+...+x_nA_n其中A_1，A_2，...，A_n分别是A的列向量。
现在我们假设A_1，A_2，...，A_{i-1}，B，A_{i+1}，...，A_n都不变，而将A_i替换成B。
则记新的系数矩阵为A'。
原方程组可以写成AX=B，新的方程组可以写成A'X=B。
根据线性方程组的解唯一性定理，在方程组有解时，系数矩阵A和B之间存在一个可逆矩阵C，使得AX=B等价于CAX=CB。
即X=C^-1B。
而根据矩阵乘法的结合性，CAX=CB可以改写为ACX=CB。
我们可以将AC视为n个列向量A_1，A_2，...，A_{i-1}，C，A_{i+1}，...，A_n组成的矩阵形式。
同样，我们可以将CB视为n个列向量A_1，A_2，...，A_{i-1}，B，A_{i+1}，...，A_n组成的矩阵形式。
则ACX=CB可以写成AX=B的形式。
由于X=C^-1B，所以原方程组的解为X=C^-1B。
同理，新方程组的解为X'=(AC)^-1CB。
我们可以通过计算矩阵(AC)^-1和AC，然后使用矩阵乘法运算得出X'。
将X'中位于第i行的元素记作x'_i。
则根据X'=(AC)^-1CB得出x'_i=，AC_i，/，A，其中，X，表示矩阵X的行列式。
克莱姆法则的应用可以用于求解n个方程和n个未知数的线性方程组。
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第7节克莱姆（Cramer）法则
一、线性方程组
元线性方程组是指形式为：
（1）
的方程组，其中代表个未知量，是方程的个数，， ;
称为方程组的系数，称为常数项。
线性方程组的一个解是指由个数组成的有序数组，当个
未知量分别用代入后，式（1）中每个等式都成为恒等式。
方程组（1）
的解的全体称为它的解集合，如果两个线性方程组有相同的解集合，就称它们是同解方程组。
为了求解一个线性方程组，必须讨论以下一些问题：
(1).这个方程组有没有解？
(2).如果这个方程组有解，有多少个解？
(3).在方程组有解时,解之间的关系,并求出全部解。
本节讨论方程的个数与未知量的个数相等(即)的情形。
二、克莱姆法则
定理1（克莱姆法则）如果线性方程组
（2）
的系数行列式：
那么这个方程组有解，并且解是唯一的，这个解可表示成：
（3）
其中是把中第列换成常数项所得的行列式，即。
分析：定理一共有3个结论：方程组有解；解是唯一的；解由公式（3）给出。
因此证明的步骤是：
第一，把代入方程组，验证它确实是解。
这样就证明了方程组有解，并且（3）是一个解，即证明了结论与。
第二，证明如果是方程组（２）的一个解，那么一定有。
这就证明了解的唯一性，即证明了结论。
证明：先回忆行列式的一个性质，设阶行列式，则有：
接下来证明定理。
首先，证明（3）确实是（2）的解。
将行列式按第列展开得：
，
其中是行列式中元素的代数余子式。
现把
代入第个方程的左端，得：
这说明将（3）代入第个方程后，得到了一个恒等式，所以（3）是（2）的一个解。
其次，设是方程组（2）的一个解，那么，将代入（2）后，得到个恒等式：
（4）
用系数行列式的第列的代数余子式依次去乘（4）中个恒等式，得到：
将此个等式相加，得：
从而有：。
这就是说，如果是方程组（2）的
一个解，那么一定有，所以方程组只有一个解。
三、齐次线性方程组
在线性方程组中，有一种特殊的线性方程组，即常数项全为零的方程组，称为齐次线性方程组。
显然，齐次线性方程组总是有解的，因为就是它的解，这个解
称为零解；其他的，即不全为零的解（如果还有的话），称为非零解。
所以，对于齐次线性方程组，需要讨论的问题，不是有没有解，而是有没有非零解。
这个问题与齐次线性方程组解的个数是有密切关系的。
如果一个齐次线性方程组只有零解，那么这个方程组就只有唯一解；反之，如果某个齐次线性方程组有唯一解，那么由于零解是一个解，所以这个方程组不可能有非零解。
对于方程个数与未知量个数相同的齐次线性方程组，应用克莱姆法则，有
推论1 如果齐次线性方程组
（5）
的系数行列式不等于零，那么（5）只有零解。
推论2 齐次线性方程组
有非零解的必要条件是它的系数行列式等于零。
四、例子
例1解线性方程组
解：方程组的系数行列式：
所以根据克莱姆法则，这个线性方程组有唯一解。
又因
所以这个线性方程组的唯一解为：
例2解线性方程组
解：方程组的系数行列式：
所以根据克莱姆法则，这个线性方程组有唯一解。
又因
所以这个线性方和组的唯一解为：
例3已知三次曲线在四个点处的值分别为：，试求其系数。
解：将三次曲线在4点处的值代入其方程，得到关于的线性方程组：
它的系数行列式是范德蒙行列式：
所以根据克莱姆法则，这个线性方程组有唯一解。
又因
所以，即所求的三次曲线方程为。
例4如果齐次线性方程组
有非零解，那么必须满足什么条件？
解：由克莱姆法则知，齐次线性方程组有非零解的必要条件是其系数行列式等于零，因此有
又由：，从而必须满足的条件为。
注用克莱姆法则求解系数行列式不等于零的元非齐次线性方程组，需要计算
个阶行列式，它的计算工作量很大。
实际上关于数字系数的线性方程组（包括系数行列式等于零及方程个数和未知量个数不相同的线性方程组）的解法，一般都采用后续章节介绍的方法来求解。
克莱姆法则主要是在理论上具有重要的意义，特别是它明确地揭示了方程组的解和系数之间的关系。
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