线性代数3-6线性方程组习题课课件
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线性代数第四章线性方程组课件
方程组 AX 0 的两个基础解系， 则由这两个基础解
系分别确定的解集合
S {k11 k22 ktt | k1, k2, 与 T {l11 l22 lt t | l1,l2,
是相等的，即 S T．
, kt是任意常数} , lt是任意常数}
定理5 设 A 是一个 m n矩阵，若齐次线性方程组
一个解．
定理8 设 1,2 是方程组 AX 的两个解，则 1 2 是 AX 导出组 AX 0 的一个解．
由这两个结果， 我们能够得到非齐次线性方程 组解的结构定理．
定理9 设矩阵 A 是一个 mn矩阵．若非齐次线性
方程组 AX 有解， 令 0是 AX 的某一个解
（通常称为特解）．
k1, k2, , ks 是任意常数， 则
k11 k22 kss
也是方程组的解． 即齐次线性方程组解的线性组合
还是方程组的解．
记齐次线性方程组 AX 0的解集合为 S ， 即
S { (c1,c2, ,cn)T | A 0}.
那么，上面的定理 3 就可以表述为：
对于任意的 1, 2 S ， k1, k2是两个任意常数，有
1）当 R(A) R(A) n 时，0是 AX 唯一的解； 2）当 R(A) R(A) n 时，AX 的导出组 AX 0 存在无穷多解， 则 AX 的解集合为 S {0 k11 k22 kss | k1, k2, , ks是任意常数}， 其中 1,2, ,s是 AX 0 的一个基础解系．
是线性无关的．
1, 2, , n
定理2（齐次线性方程组有非零解的判别定理） 齐
次线性方程组 AX 0 有非零解的充分必要条件是
它的系数矩阵 A 的秩 R(A) n ．
推论1 如果齐次线性方程组 AX 0 中的方程个数
系分别确定的解集合
S {k11 k22 ktt | k1, k2, 与 T {l11 l22 lt t | l1,l2,
是相等的，即 S T．
, kt是任意常数} , lt是任意常数}
定理5 设 A 是一个 m n矩阵，若齐次线性方程组
一个解．
定理8 设 1,2 是方程组 AX 的两个解，则 1 2 是 AX 导出组 AX 0 的一个解．
由这两个结果， 我们能够得到非齐次线性方程 组解的结构定理．
定理9 设矩阵 A 是一个 mn矩阵．若非齐次线性
方程组 AX 有解， 令 0是 AX 的某一个解
（通常称为特解）．
k1, k2, , ks 是任意常数， 则
k11 k22 kss
也是方程组的解． 即齐次线性方程组解的线性组合
还是方程组的解．
记齐次线性方程组 AX 0的解集合为 S ， 即
S { (c1,c2, ,cn)T | A 0}.
那么，上面的定理 3 就可以表述为：
对于任意的 1, 2 S ， k1, k2是两个任意常数，有
1）当 R(A) R(A) n 时，0是 AX 唯一的解； 2）当 R(A) R(A) n 时，AX 的导出组 AX 0 存在无穷多解， 则 AX 的解集合为 S {0 k11 k22 kss | k1, k2, , ks是任意常数}， 其中 1,2, ,s是 AX 0 的一个基础解系．
是线性无关的．
1, 2, , n
定理2（齐次线性方程组有非零解的判别定理） 齐
次线性方程组 AX 0 有非零解的充分必要条件是
它的系数矩阵 A 的秩 R(A) n ．
推论1 如果齐次线性方程组 AX 0 中的方程个数
线性方程组习题课总课件
如r( A) r( A B) n,则方程组有唯一解； 如r( A) n，则方程组有无穷多解 。
第16页，共33页。
（四） 线性方程组的解的结构
1、齐次线性方程组解的结构
它的解有如下性质：
1）如果v1 , v2是线性方程组的两个解
则v1
v
也是它的解
2
;
2)如果v1是线性方程组的解
则kv1也是它的解, k R;
成立,
则称向量组
1，，
线性相关；
s
如果(a)当且仅当在k1 ks 0
时成立, 则称向量组 1，， s线性无关.
定义4： 设有两个向量组 :
1，, s ( A);
，
1
,
t
(B)
如果组( A)中每个向量都可由组 (B)线性表示，
则称向量组( A)可由向量组(B)线性表示
第3页，共33页。
定义5：如果向量组（A）可由向量组（B）线性表
程
Step4.写出非齐次线性方程组的同解方程组
组
求
Step5.求出非齐次线性方程组的特解
解
过
Step6.写出齐次线性方程组的同解方程组
程
Step7.求出齐次线性方程组的通解
Step8.写出非齐次线性方程组的通解
怎样求？
第22页，共33页。
第三章主要的问题类型：
1、围绕向量组的线性相关性 （判别相关性或证明相关性）
程
Step6.求出基础解系
怎样求？
Step7.写出通解
第20页，共33页。
2、非齐次线性方程组解的结构
（1）如果 u1 是 Ax b的一个解，v1 是其导出组
性 质
的一个解，则 u1 v1 是 Ax b的一个解; （2）如果 u1，u2 是 Ax b的两个解，
第16页，共33页。
（四） 线性方程组的解的结构
1、齐次线性方程组解的结构
它的解有如下性质：
1）如果v1 , v2是线性方程组的两个解
则v1
v
也是它的解
2
;
2)如果v1是线性方程组的解
则kv1也是它的解, k R;
成立,
则称向量组
1，，
线性相关；
s
如果(a)当且仅当在k1 ks 0
时成立, 则称向量组 1，， s线性无关.
定义4： 设有两个向量组 :
1，, s ( A);
，
1
,
t
(B)
如果组( A)中每个向量都可由组 (B)线性表示，
则称向量组( A)可由向量组(B)线性表示
第3页，共33页。
定义5：如果向量组（A）可由向量组（B）线性表
程
Step4.写出非齐次线性方程组的同解方程组
组
求
Step5.求出非齐次线性方程组的特解
解
过
Step6.写出齐次线性方程组的同解方程组
程
Step7.求出齐次线性方程组的通解
Step8.写出非齐次线性方程组的通解
怎样求？
第22页，共33页。
第三章主要的问题类型：
1、围绕向量组的线性相关性 （判别相关性或证明相关性）
程
Step6.求出基础解系
怎样求？
Step7.写出通解
第20页，共33页。
2、非齐次线性方程组解的结构
（1）如果 u1 是 Ax b的一个解，v1 是其导出组
性 质
的一个解，则 u1 v1 是 Ax b的一个解; （2）如果 u1，u2 是 Ax b的两个解，
线性代数第三章第三节线性方程组的解课件
B1 1 ~1 1
1
1 2
1
1
1
1 1
2
~ 0 - 1 1 - - 2
0
1-
1 - 2
1
-
2
1 1
~ 0 -1 1-
2
- 2
0
0
2 - - 2
1
-
2
-
3
1 1
0 -1
1-
2
1 -
0
0
1 - 2
1
-
1
2
1 当 1时,
1 1 1 1 B ~ 0 0 0 0
例３ 求解非齐次方程组的通解
x1 x1
-
x2 x2
x3 x3
-
x4 0 3x4 1
.
x1 - x2 - 2x3 3x4 -1 2
解 对增广矩阵B进行初等变换
1 - 1 - 1 1 0 1 - 1 - 1 1 0 B 1 -1 1 - 3 1 ~ 0 0 2 - 4 1
1 - 1 - 2 3 - 1 2 0 0 - 1 2 - 1 2
所以方程组的通解为
x1 1 0 1 2
x2 x3 x4
x2
1 0
0
x4
0 2 1
102 .
0
其中x2 , x4任意.
x1 - x2 a1
例４
证明方
程组
x2 x3
-
x3 x4
a2 a3
x4
-
x5
a4
x5 - x1 a5
有解的充要条件
是a1 a2 a3 a4 a5 0.在有解的情况下，
0
0 1
-2 2
《线性代数》教学课件—03线性方程组
1 1 0 2 ((11))rr32 0 1 1 0
0 0 1 3
阶梯形矩阵所对应的线性方程组为
x1 x2 2
x2
x3
0
x3 3
第三步 运用逐步回代求出阶梯形矩阵所对应的线性方程组的解
x1 1
x2
3
x3 3
上述解即为原方程组的解. 由于此方程组中未知数的个数n和方程m的个 数相同，故方程组的解是惟一的.
rr1223rr33 0 1 0 20 5 0 r1(3)r2 0 1 0 20 5 0
0 0 1 7 2 0
0 0 1 7 2 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
第三步 增广矩阵的秩 R(AB) 3，基本未知量的个数是3，未知量的个数是5， 所以自由未知量个数为2个.
第四步 写出行最简形阶梯矩阵所对应的线性方程组
x1 x3,
x2
x3
1,
x4
x3
1.
（3.1.4）
表示式（3.1.4）也是方程组（3.1.1）的一般解. 虽然两个一般解的 表达形式上不一样，但它们本质上是一样的，都表示了方程组（3.1.1） 的所有解.式(3.1.4)的矩阵形式为：
x1 1 0
x2
k
1
1.
x3 x4
3 7 1 1 3 0
1
4
5
1
0
0
第二步用初等行变换将( A B)化为行最简形阶梯矩阵
(3.1.9)
1 3 2 2 1 0
1 3 2 2 1 0
( A B) 2 5 1 5 3 0 rrr342(2r1r13)r10 1 3 1 1 0
3 7 1 1 3 0
0 2 5 5 0 0
第三章线性代数方程组ppt课件
0
1
00 0.5 50 0.5 5
0
1.25 0.5
10
1.252.5
0
0
10
T2
* A1 =
A2 记 u
例：设
2 2 1
A
2
6
1
4 8 0
浙江大学研究生
《实用数值计算方法》
20
学位课程
3.2.1
则，它的LU分解为：
A 左乘T1 A1 左乘T2 A 2 u
1
2 2 1 2 2 1
31
aM1x1 aM2x2 aMNxN bM
用矩阵形式表示：
Ax b
3 2
a11 a12 a1n x1 b1
Aa21
a22
a2n,xx2,bb2 33
am1 am2 amn xn bm
系数矩阵
未知向量
右顶端
浙江大学研究生
《实用数值计算方法》
2
学位课程
当M=N时，如果A非奇异，则方程组（3-1） 存在唯一解。
A1
T1
A
1
1
2
6
1
0
4
0
2 0 1 4 8 0 0 4 2
1
2 2 1 2 2 1
A2
T2
A1
0
1
0
4
0
0
4
0
0 1 1 0 4 2 0 0 2
1 0 01 0 0 1 0 0
L
T11
T
1 2
1
1
0
0
1
0
1
1
0
2 0 1 0 1 1 2 1 1
定理：设
线性代数课件3 3
? ? ???
?
?5?
? ?
?
1 ??
方程组可简化为 AX = b ．
x1
? ? ?
3 1
? ? ?
?
x2
? ? ?
4? ? 1 ??
?
x3
? ? ?
?1?
2
? ?
?
?5?
? ?
?
1??
二、线性方程组的解的判定
设有 n 个未知数 m 个方程的线性方程组
m、n 不一 定相等！
? a11 x1 ? a12 x2 ?
前 r列
后 n - r列
第一步：往证 R(A) < R(A, b) ? 无解．
若 R(A) < R(A, b) ，即 R(A, b) = R(A)＋1，则 dr+1 = 1 ． 于是 第 r +1 行对应矛盾方程 0 = 1，故原线性方程组无解．
?1 0
? ?
0
1
?
B
?
? ? ? ?
0 0
0 0
?0 0
?? ?
a21 x1 ?
a22 x2
?
?
??am1 x1 ? am2 x2 ?
? a1n xn ? b1 , ? a2n xn ? b2 ,
? amn xn ? bm .
定义：线性方程组如果有解，就称它是相容的；如果无解， 就称它是不相容的．
问题1：方程组是否有解？ 问题2：若方程组有解，则解是否唯一？ 问题3：若方程组有解且不唯一，则如何掌握解的全体？
前前nr 列
后 n - r列
第二步：往证 R(A) = R(A, b) = n ? 唯一解． 若 R(A) = R(A, b) = n， 则 dr+1 = 0 且 r = n，从而 bij 都不出现. 故原线性方程组有唯一解．
线性代数(第六版)课件：线性方程组
《线性代数》
（第六版）
1
线性方程组
2
本章讨论关于线性方程组的两个问题： 一、探讨 n 个未知数 m 个方程的线性方程组的解法 （即下面介绍的高斯消元法）。 二、从理论上探讨线性方程组解的情况：何时有解， 何时无解。若有解，则有多少组解；若有无穷多解， 如何表示。
运用 n 维向量的理论可全面地解决第二个方面的 问题。
3
第一节 线性方程组的消元解法
例 用高斯消元法解线性方程组
2 x1 x2 x3 x4 2
1
4x1x1x62
2x3 x2 2
x3
x4
4 2 x4
4
2 3
(1)
3x1 6 x2 9 x3 7 x4 9 4
解
x1 x2 2 x3 x4 4
1
(1)
12 3 2
2 2
x1 x1
a11 x1 a12 x2 a1n xn 0 ,
a21
x1
a22 x2
a2n xn
0,
am1 x1 am2 x2 amn xn 0 .
显然零向量必为它的解，称为零解。
定理 若 r( A) n ,则齐次线性方程组只有零解；
若 r(A) n ,则齐次线性方程组有非零解. 推论 若 m n ,则齐次线性方程组必有非零解。
0
b
1 0
1
,
ba2 x1 a 1 ,
x2
a
2b a1
3
,
b1 x3 a 1 ,
x4 0 ;
当 a 1 , b 1 时, r( A) 2 r( A) 3 ,方程组无解；
当 a 1 , b 1 时, r( A) r( A) 2 4 ,方程组有无穷多组解，
（第六版）
1
线性方程组
2
本章讨论关于线性方程组的两个问题： 一、探讨 n 个未知数 m 个方程的线性方程组的解法 （即下面介绍的高斯消元法）。 二、从理论上探讨线性方程组解的情况：何时有解， 何时无解。若有解，则有多少组解；若有无穷多解， 如何表示。
运用 n 维向量的理论可全面地解决第二个方面的 问题。
3
第一节 线性方程组的消元解法
例 用高斯消元法解线性方程组
2 x1 x2 x3 x4 2
1
4x1x1x62
2x3 x2 2
x3
x4
4 2 x4
4
2 3
(1)
3x1 6 x2 9 x3 7 x4 9 4
解
x1 x2 2 x3 x4 4
1
(1)
12 3 2
2 2
x1 x1
a11 x1 a12 x2 a1n xn 0 ,
a21
x1
a22 x2
a2n xn
0,
am1 x1 am2 x2 amn xn 0 .
显然零向量必为它的解，称为零解。
定理 若 r( A) n ,则齐次线性方程组只有零解；
若 r(A) n ,则齐次线性方程组有非零解. 推论 若 m n ,则齐次线性方程组必有非零解。
0
b
1 0
1
,
ba2 x1 a 1 ,
x2
a
2b a1
3
,
b1 x3 a 1 ,
x4 0 ;
当 a 1 , b 1 时, r( A) 2 r( A) 3 ,方程组无解；
当 a 1 , b 1 时, r( A) r( A) 2 4 ,方程组有无穷多组解，
数学线性代数方程组PPT课件
a(k ik
1)
) /a a(k)
ij
(k) kk
(i lik
k a(k)
kj
(i
1,...,n) k 1,...,n;
j
k
1,...,n, n
1)
该Gauss消去法为顺序高斯消去法
第7页/共87页
Gauss
for k 1, 2, , n 1
for i k 1, k 2, , n
Cramer法则:
xi
Di D
i 1, 2,
,n
所需乘除法的运算量大约为(n+1)!+n
n=20时，每秒1亿次运算速度的计算机要算30多万年！
直接法
在没有舍入误差的情况下，经过有限次 运算可以得到方程组的精确解的方法。
第2页/共87页
§3.1 Gauss消去与矩阵LU分解
属于解方程的直接法
一 Gauss消去 1 直接法的关键思想
ln,k
1
第26页/共87页
A L1L2 Ln2 Ln1U LU L为单位下三角
1
l21 1 l31 l32 1
L l41 l42 l43 1
u11 u12 ... u1n
U
u22 ... u2n ...
1 ln1 ln2 ln3 lnk lnn1
unn
A LU 矩阵分解为单位下三角 和上三角矩阵的乘积
aii
第13页/共87页
例：在8位制计算机上解方程组
109
x1
x2
1
x1 x2 2
要求用Gauss消去法计算。
解：l21 a21 / a11 109 8个
x1 x2 1
a22 1 l21 1 0.0 ...01109 109 109