Матричный метод решения СЛАУ.
Свойства обратной матрицы
1) ;
2) ;
3) если
- неособенные матрицы одного порядка.
Определение.Действительная квадратная матрица , удовлетворяющая условию
, называется ортогональной матрицей,
.
Определение. Следом – квадратной матрицы
называется сумма всех её диагональных элементов:
.
Если определитель основной матрицы системы отличен от нуля, то ее решение определяется формулой:
(15.3)
Где - обратная к основной матрице системы, вычисляемая по формуле
.
Совместность однородной и неоднородной СЛАУ.
Рассмотрим однородную СЛАУ
система всегда имеет хотя бы одно решение, например, тривиальное решение .
Когда однородная СЛАУ имеет решения отличные от нулевого?
Заметим, что существует нетривиальное решение ~ линейной зависимости столбцов матрицы однородной СЛАУ (по определению линейной зависимости это означает существует что является уравнениями системы), но по теореме о базисном миноре линейная зависимость имеет место тогда и только тогда когда порядок
базисного минора меньше числа
её столбцов. Отсюда теорема.
Теорема. Однородная СЛАУ имеет нетривиальное решение тогда и только тогда, когда ранг матрицы системы меньше числа
её столбцов.
Следствие. Квадратная однородная система имеет нетривиальное решение тогда и только тогда, когда определитель матрицы этой системы равен нулю.
Решение СЛАУ размерности
Рассмотрим однородную СЛАУ:
(15.4)
Данная система всегда имеет хотя бы одно решение, например тривиальное .
Теорема: Однородная СЛАУ имеет нетривиальное решение тогда и только тогда, когда ранг основной матрицы системы меньше числа
её неизвестных.
Следствие: Квадратная однородная СЛАУ имеет нетривиальное решение тогда и только тогда, когда определитель основной матрицы этой системы равен нулю .
Если ранг матрицы однородной системы равен , то система имеет
линейно независимых решений:
, называемых фундаментальной системой решений.
Решения являются линейно независимыми, если ранг матрицы составленной из координатных строк этих векторов равен
числу этих решений.
Теорема: (о структуре решений однородных СЛАУ). Пусть произвольная фундаментальная система решений однородной системы линейных уравнений. Тогда любое решение системы представляет собой линейную комбинацию решений:
(15.5)
Здесь общее решение однородной системы,
- произвольные постоянные, а
фундаментальная система решений, (частные решения однородной системы), найденная при условии, что свободные неизвестные
по очереди приравниваются
, а остальные при этом равны
. Неизвестные
называются базисными неизвестными.
Решение неоднородной системы в общем случае определяется следующей теоремой:
Теорема: (о структуре решения неоднородной СЛАУ): Общее решение неоднородной СЛАУ определяется формулой:
(15.6)
где - общее решение соответствующей однородной системы, а
- частное решение неоднородной системы.
Для более простого нахождения частного решения, удобно взять свободные неизвестные равными нулю.