Система линейных уравнений

Реферат, 02 Августа 2010, автор: Гульнара Ситдикова

Краткое описание


Система линейных уравнений имеет вид:
a11x1 + a12x2 + ... + a1nxn = b1
a21x1 + a22x2 + ... + a2nxn = b2 (5.1)
……………………………..
am1x2 + am2x2 +... + amnxn = bm
Здесь аij и bi (i = ; j = ) - заданные, а xj - неизвестные действительные числа. Используя понятие произведения матриц, можно переписать систему (5.1) в виде:
[+-+-+]
AX = B, (5.1)
где A = (аij) - матрица, состоящая из коэффициентов при неизвестных системы (5.1), которая называется матрицей системы, X = (x1, x2,..., xn)T, B = (b1, b2,..., bm)T - векторы-столбцы, составленные соответственно из неизвестных xj и из свободных членов bi..
Упорядоченная совокупность n вещественных чисел (c1, c2,..., cn) называется решением системы (5.1), если в результате подстановки этих чисел вместо соответствующих переменных x1, x2,..., xn каждое уравнение системы обратится в арифметическое тождество; другими словами, если существует вектор C= (c1, c2,..., cn)T такой, что AC ≡ B.

Содержание работы


I Критерий совместимости……………………………………...………….3
II Метод Гаусса…………………………………………….…………….….5
III Формулы Крамера…………………………………….…..……………11
IV Матричный метод……………………………………………………...14
Список используемой литературы………………….……………………15

Содержимое работы - 1 файл

Система линейных уравнений.rtf

— 991.97 Кб (Скачать файл)

Профессиональный институт управления

Факультет: Финансов и кредита.

Специальность: Финансы и кредит. 
 
 
 
 
 

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ

Факультет: Финансов и кредита.

Специальность: Финансы и кредит. 
 
 

Реферат по дисциплине:

«Эконометрика»

На тему: «Система линейных уравнений» 
 
 
 
 

                                                       Студента четвертого курса

                                                       Группы УФШЗ-41/6-СВ-1

                                                       Ситдикова Гульнара Мансуровна

                                                       Проверил: к.э.н Целуйко А..В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва - 2010г. 

Содержание 

I Критерий совместимости……………………………………...………….3

II Метод Гаусса…………………………………………….…………….….5

III Формулы Крамера…………………………………….…..……………11

IV Матричный метод……………………………………………………...14

Список используемой литературы………………….……………………15 
 
 
 

 

I Критерий совместимости. 

    Система линейных уравнений имеет вид: 

          a11x1 + a12x2 + ... + a1nxn = b1

          a21x1 + a22x2 + ... + a2nxn = b2   (5.1)

          ……………………………..

          am1x2 + am2x2 +... + amnxn = bm

 

   Здесь аij и bi (i = ; j = ) - заданные, а xj - неизвестные действительные числа. Используя понятие произведения матриц, можно переписать систему (5.1) в виде:

AX = B, (5.1) 

где A = (аij) - матрица, состоящая из коэффициентов при неизвестных системы (5.1), которая называется матрицей системы, X = (x1, x2,..., xn)T,        B = (b1, b2,..., bm)T - векторы-столбцы, составленные соответственно из неизвестных xj и из свободных членов bi..

    Упорядоченная совокупность n вещественных чисел (c1, c2,..., cn) называется решением системы (5.1), если в результате подстановки этих чисел вместо соответствующих переменных x1, x2,..., xn каждое уравнение системы обратится в арифметическое тождество; другими словами, если существует вектор C= (c1, c2,..., cn)T такой, что AC ≡ B.

    Система (5.1) называется совместной, или разрешимой, если она имеет по крайней мере одно решение. Система называется несовместной, или неразрешимой, если она не имеет решений.

    Матрица 

à =

 

образованная путем приписывания справа к матрице A столбца свободных членов, называется расширенной матрицей системы.

    Вопрос о совместности системы (5.1) решается следующей теоремой.

    Теорема Кронекера- Капелли. Система линейных уравнений совместна тогда и только тогда, когда ранги матриц A и Ã совпадают, т.е. 
 

Для множества М решений системы (5.1) имеются три возможности:

    M = Ø (в этом случае система несовместна);

    M состоит из одного элемента, т.е. система имеет единственное решение (в этом случае система называется определенной);

    M состоит более чем из одного элемента (тогда система называется неопределенной). В третьем случае система (5.1) имеет бесчисленное множество решений.

    Система имеет единственное решение только в том случае, когда r(A) = n. При этом число уравнений - не меньше числа неизвестных (m ≥ n); если m > n, то m-n уравнений являются следствиями остальных. Если 0 < r < n, то система является неопределенной.

    Для решения произвольной системы линейных уравнений нужно уметь решать системы, в которых число уравнений равно числу неизвестных, - так называемые системы крамеровского типа: 

          a11x1 + a12x2 + ... + a1nxn = b1

          a21x1 + a22x2 + ... + a2nxn = b2 (5.3)

          ………………………………

          an1x2 + an2x2 + ... + annxn = bn 

     Системы (5.3) решаются одним из следующих способов:

    методом Гаусса, или методом исключения неизвестных;

    по формулам Крамера;

    матричным методом. 
     
     
     
     
     
     
     

 

II Метод Гаусса. 

    Исторически первым, наиболее распространенным методом решения систем линейных уравнений является метод Гаусса, или метод последовательного исключения неизвестных. Сущность этого метода состоит в том, что посредством последовательных исключений неизвестных данная система превращается в ступенчатую (в частности, треугольную) систему, равносильную данной. При практическом решении системы линейных уравнений методом Гаусса удобнее приводить к ступенчатому виду не саму систему уравнений, а расширенную матрицу этой системы, выполняя элементарные преобразования над ее строками. Последовательно получающиеся в ходе преобразования матрицы обычно соединяют знаком эквивалентности.

    Возвратимся  матрицам. Рассмотрим теперь прямоугольную матрицу, 

 

имеющую m строк и n столбцов. Ее называют матрица размером m на n. А(mхn). Выделим в этой матрице произвольные к строк и к столбцов. Они образуют квадратную матрицу B(kхk)

    Например: 

 

    Минором К-ого порядка матрицы А называется определитель квадратной матрицы, получающейся из данной матрицы выделением произвольных к строк и к столбцов.

    ½ B½ =detB- является минором третьего порядка.

    Минором второго порядка является, например определитель 

 

    Сами элементы матрицы можно рассматривать как миноры первого порядка. Какие-то из миноров равны нулю, какие-то нет. Рангом матрицы называется наибольший из порядков ее миноров, отличных от нуля. Если ранг А обозначаемый r (A) равен r, то это означает, что в А имеется хотя бы один отличный от нуля минор порядка r, но всякий минор, порядка больше чем r, равен нулю.

    Например, найдем ранг матрицы 

 

    Проверяем минор 4 порядка ½ A½ =0, т.к. матрица содержит нулевой столбец.

     Проверяем миноры 3 порядка 

 

    Итак, процесс вычислений миноров прекращаем, поскольку миноров 4 порядка, не равных нулю нет, а минор 3-го порядка найден. Значит r(A)=3.

    Мы уже рассматривали методы решения систем линейных алгебраических уравнений, но только в тех случаях, когда матрица системы - квадратная, то есть число уравнений равно числу неизвестных. Рассмотрим теперь самый простой и употребительный способ решения систем линейных уравнений - метод Гаусса. Рассмотрим его на простейшем примере, решая систему трех уравнений с тремя неизвестными. 

 
 

    Мы хотим исключить х1 из всех уравнений, кроме первого. Для этого мы должны вычесть из второго уравнения первое, умноженное на 4, а к третьему прибавить первое, умноженное на 5. 

 

    На втором шаге исключения мы не трогаем первое уравнение. Другие два уравнения содержат два неизвестных х2 и х3 и к ним можно применить ту же процедуру исключения. Для этого к третьему уравнению прибавляем второе, умноженное на 3. 

 

    Далее наши действия очевидны. Из третьего уравнения х3=-1, подставляя это значение во второе уравнение, получаем х2=-3 и наконец, из первого уравнения получаем х1=2. Этот простой процесс называется простой подстановкой. Таким образом, процесс решения системы линейных алгебраических уравнений по методу Гаусса состоит из двух этапов.

    Первый этап (прямой ход метода) - система приводится к треугольному виду.

    Второй этап (обратный ход) - неизвестные определяются последовательно, начиная с последнего неизвестного и кончая первым.

    Аналогично, эту идею последовательного исключения можно применить и в случае матрицы А(mxm) размера больше 3х3. 

 

    Без ограничения общности можно считать, что в нашей системе ведущий элемент a11 0 первого шага (иначе просто переставим уравнение). На первом шаге мы просто исключим х1 из всех уравнений, начиная со второго, для чего из второго уравнения почленно вычтем первое, умноженное на а21/а11, из третьего почленно вычтем первое, помноженное на а31/а11 и т.д.. Тогда система заменится эквивалентной системой: 

 

    Коэффициенты при неизвестных и свободные члены в последних m-1 уравнениях системы, определяются формулами: 

 

    Таким образом, на первом шаге уничтожаются все коэффициенты, лежащие под первым ведущим элементом a11 0

    На втором шаге уничтожаются элементы, лежащие под вторым ведущим элементом а22(1) (если a22(1) 0) 

 

    Продолжая этот процесс и дальше, мы, наконец, на (m-1) шаге приведем исходную систему к треугольной системе. 

 

    Матрица этой системы имеет вид: 

 

    На этом прямой ход метода Гаусса заканчивается. Второй этап - обратный ход, заключается в решении треугольной системы. Из последнего уравнения находим xm. По найденному xm из (m-1) уравнения находим xm-1. Затем по xm-1 и xm из (m-2) уравнения находим xm-2. Процесс продолжаем, пока не найдем x1 из первого уравнения.

    Если у нас число уравнений меньше числа неизвестных, то мы придем не к треугольной системе, а к ступенчатой. 

 

    Так как прямой ход метода Гаусса прервется, когда уравнения закончатся, а неизвестные еще останутся. В таком случае в каждом уравнении системы перенесем все члены с неизвестными xk+1,….,xm в правую часть.

    Придавая неизвестным xk+1,….,xm (называемым свободными) произвольные значения, получим треугольную систему из которой последовательно найдем все остальные неизвестные (называемые базисными). Так как произвольные значения можно придавать любыми способами, система будет иметь бесчисленное множество значений.

    В решении следующего примера не будем выписывать каждую систему, а ограничимся лишь преобразованиями над матрицами: 

и

 

    Такая модификация метода называется методом Жордана-Гауcса. 

Решение систем линейных алгебраических уравнений методом    Жордана - Гаусса 

Информация о работе Система линейных уравнений