Как сделать проверку метода крамера

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 01.09.2024

Метод Крамера (теорема Крамера) — способ решения квадратных СЛАУ с ненулевым определителем основной матрицы. Назван по имени Габриэля Крамера, автора метод.

Теорема Крамера

Теорема Крамера. Если определитель матрицы квадратной системы не равен нулю, то система совместна и имеет единственное решение, которое находится по формулам Крамера:

где $\Delta$ - определитель матрицы системы, $\Delta_$ - определитель матрицы системы, где вместо $i$ -го столбца стоит столбец правых частей.

Если определитель системы равен нулю, то система может быть как совместной, так и несовместной.

Данный метод удобно применять для маленьких систем с громоздкими вычислениями, а так же если нужно найти одну из неизвестных. Трудность заключается в том, что необходимо считать много определителей.

Примеры решения систем уравнений

Задание. Найти решение СЛАУ $\left\ 5 x_+2 x_=7 \\ 2 x_+x_=9 \end\right.$ при помощи метода Крамера.

$$\Delta=\left|\begin 5 & 2 \\ 2 & 1 \end\right|=5 \cdot 1-2 \cdot 2=1 \neq 0$$

Так как $\Delta \neq 0$ , то по теореме Крамера система совместна и имеет единственное решение. Вычислим вспомогательные определители. Определитель $\Delta_$ получим из определителя $\Delta$ заменой его первого столбца столбцом свободных коэффициентов. Будем иметь:

$$\Delta_=\left|\begin 7 & 2 \\ 9 & 1 \end\right|=7-18=-11$$

Аналогично, определитель $\Delta_$ получается из определителя матрицы системы $\Delta$ заменой второго столбца столбцом свободных коэффициентов:

$$\Delta_=\left|\begin 5 & 7 \\ 2 & 9 \end\right|=45-14=31$$

Тогда получаем, что

Ответ. $x_=-11, x_=31$

Мы помогли уже 4 372 ученикам и студентам сдать работы от решения задач до дипломных на отлично! Узнай стоимость своей работы за 15 минут!

Задание. При помощи формул Крамера найти решение системы $\left\ 2 x_+x_+x_=2 \\ x_-x_=-2 \\ 3 x_-x_+2 x_=2 \end\right.$

Решение. Вычисляем определитель матрицы системы:

$$\Delta=\left|\begin 2 & 1 & 1 \\ 1 & -1 & 0 \\ 3 & -1 & 2 \end\right|=2 \cdot(-1) \cdot 2+1 \cdot(-1) \cdot 1+1 \cdot 0 \cdot 3-$$ $$-3 \cdot(-1) \cdot 1-(-1) \cdot 0 \cdot 2-1 \cdot 1 \cdot 2=-4 \neq 0$$

Так как определитель матрицы системы неравен нулю, то по теореме Крамера система совместна и имеет единственное решение. Для его нахождения вычислим следующие определители:

$$\Delta_=\left|\begin 2 & 1 & 1 \\ -2 & -1 & 0 \\ 2 & -1 & 2 \end\right|=2 \cdot(-1) \cdot 2+(-2) \cdot(-1) \cdot 1+$$ $$+1 \cdot 0 \cdot 2-2 \cdot(-1) \cdot 1-(-1) \cdot 0 \cdot 2-(-2) \cdot 1 \cdot 2=4$$ $$\Delta_=\left|\begin 2 & 2 & 1 \\ 1 & -2 & 0 \\ 3 & 2 & 2 \end\right|=2 \cdot(-2) \cdot 2+1 \cdot 2 \cdot 1+2 \cdot 0 \cdot 3-$$ $$-3 \cdot(-2) \cdot 1-2 \cdot 0 \cdot 2-1 \cdot 2 \cdot 2=-4$$ $$\Delta_=\left|\begin 2 & 1 & 2 \\ 1 & -1 & -2 \\ 3 & -1 & 2 \end\right|=2 \cdot(-1) \cdot 2+1 \cdot(-1) \cdot 2+$$ $$+1 \cdot(-2) \cdot 3-3 \cdot(-1) \cdot 2-(-1) \cdot(-2) \cdot 2-1 \cdot 1 \cdot 2=-12$$

Данный онлайн калькулятор находит решение системы линейных уравнений (СЛУ) методом Крамера. Дается подробное решение. Для вычисления выбирайте количество переменных. Затем введите данные в ячейки и нажимайте на кнопку "Вычислить."

Предупреждение

Инструкция ввода данных. Числа вводятся в виде целых чисел (примеры: 487, 5, -7623 и т.д.), десятичных чисел (напр. 67., 102.54 и т.д.) или дробей. Дробь нужно набирать в виде a/b, где a и b (b>0) целые или десятичные числа. Примеры 45/5, 6.6/76.4, -7/6.7 и т.д.

Метод Крамера

Метод Крамера - это метод решения квадратной системы линейных уравнений с отличным от нуля определителем основной матрицы. Такая система линейных уравнений имеет единственное решение.

Пусть задана следующая система линейных уравнений:

Заменим данную систему (1) эквивалентным ей матричным уравнением

где A -основная матрица системы:

а x и b - векторы столбцы:

первый из которых нужно найти, а второй задан.

Так как мы предполагаем, что определитель D матрицы A отличен от нуля, то существует обратная к A матрица A -1 . Тогда умножая тождество (2) слева на обратную матрицу A -1 , получим:

A -1 Ax=A -1 b.

Учитывая, что произведение взаимно обратных матриц является единичной матрицей (A -1 A=E), получим

x=A -1 b.

(4)

Обратная матрица имеет следующий вид:

где A_ij - алгебраическое дополнение матрицы A, D - определитель матрицы A.

где D_i - это определитель матрицы, полученной из матрицы A, заменой столбца i на вектор b.

Мы получили формулы Крамера:

Алгоритм решения системы линейных уравнений методом Крамера

1. Вычислить определитель D основной матрицы A.
2. Замена столбца 1 матрицы A на вектор свободных членов b.
3. Вычисление определителя D₁ полученной матрицы A₁.
4. Вычислить переменную x₁=D₁/D.
5. Повторить шаги 2-4 для столбцов 2, 3, . n матрицы A.

Примеры решения СЛУ методом Крамера

Пример 1. Решить следующую систему линейных уравнений методом Крамера:

Запишем ее в матричной форме: Ax=b, где

.

Вычислим определитель основной матрицы A:

.

Заменим столбец 1 матрицы A на вектор столбец b:

.

Вычислим определитель матрицы A₁:

.

Заменим столбец 2 матрицы A на вектор столбец b:

.

Вычислим определитель матрицы A₂:

.

Заменим столбец 3 матрицы A на вектор столбец b:

.

Вычислим определитель матрицы A₃:

.

Решение системы линейных уравнений вычисляется так:

Пример 2. Решить следующую систему линейных уравнений методом Крамера:

Запишем ее в матричной форме: Ax=b, где

Найдем определитель матрицы A. Для вычисления определителя матрицы, приведем матрицу к верхнему треугольному виду.

Исключим элементы 1-го столбца матрицы ниже главной диагонали. Для этого сложим строки 2,3,4 со строкой 1, умноженной на -1/4,-3/4,-2/4 соответственно:

Выбираем самый большой по модулю ведущий элемент столбца 2. Для этого меняем местами строки 2 и 4. При этом меняется знак определителя на "-".

Исключим элементы 2-го столбца матрицы ниже главной диагонали. Для этого сложим строки 3,4 со строкой 2, умноженной на -26/76,2/76 соответственно:

Выбираем самый большой по модулю ведущий элемент столбца 3. Для этого меняем местами строки 3 и 4. При этом меняется знак определителя на "+".

Исключим элементы 3-го столбца матрицы ниже главной диагонали. Для этого сложим строку 4 со строкой 3, умноженной на -817/1159:

Мы привели матрицу к верхнему треугольному виду. Определитель матрицы равен произведению всех элементов главной диагонали:

Заменим столбец 1 матрицы A на вектор столбец b:

Для вычисления определителя матрицы A₁, приведем матрицу к верхнему треугольному виду, аналогично вышеизложенной процедуре. Получим следующую матрицу:

Определитель матрицы равен произведению всех элементов главной диагонали:

Заменяем столбец 2 матрицы A на вектор столбец b, приводим матрицу к верхнему треугольному виду и вычисляем определитель матрицы:

~

Заменяем столбец 3 матрицы A на вектор столбец b, приводим матрицу к верхнему треугольному виду и вычисляем определитель матрицы:

~

Заменяем столбец 4 матрицы A на вектор столбец b, приводим матрицу к верхнему треугольному виду и вычисляем определитель матрицы:

Дадим ряд необходимых определений.

Система линейных уравнений называется неоднородной, если хотя бы один ее свободный член отличен от нуля, и однородной, если все ее свободные члены равны нулю.

Решением системы уравнений называется упорядоченный набор чисел, который, будучи подставленным вместо переменных в систему, обращает каждое ее уравнение в тождество.

Система уравнений называется совместной, если она имеет хотя бы одно решение, и несовместной, если она решений не имеет.

Совместная система уравнений называется определенной, если она имеет единственное решение, и неопределенной, если она имеет более одного решения.

Рассмотрим неоднородную систему линейных алгебраических уравнений, имеющую при n = m следующий общий вид:

. ( 1.5)

Главной матрицей A системы линейных алгебраических уравнений называется матрица, составленная из коэффициентов, стоящих при неизвестных:

Определитель главной матрицы системы называется главным определителем и обозначается ?.

Вспомогательный определитель ? _i получается из главного определителя путем замены i -го столбца на столбец свободных членов .

Теорема 1.1 (теорема Крамера). Если главный определитель системы линейных алгебраических уравнений отличен от нуля, то система имеет единственное решение, вычисляемое по формулам:

Если главный определитель ?=0, то система либо имеет бесконечное множество решений (при всех нулевых вспомогательных определителях), либо вообще решения не имеет (при отличии от нуля хотя бы одного из вспомогательных определителей).

В свете приведенных выше определений , теорема Крамера может быть сформулирована иначе: если главный определитель системы линейных алгебраических уравнений отличен от нуля, то система является совместной определенной и при этом ; если главный определитель нулевой, то система является либо совместной неопределенной (при всех ? _i = 0), либо несовместной (при отличии хотя бы одного из ? _i от нуля).

После этого следует провести проверку полученного решения.

Пример 1.4. Решить систему методом Крамера

Решение. Так как главный определитель системы

отличен от нуля, то система имеет единственное решение. Вычислим вспомогательные определители

Воспользуемся формулами Крамера (1.6):

Пример 1.5. Данные дневной выручки молочного цеха от реализации молока, сливочного масла и творога за три дня продаж (на 2017 год) занесены в таблицу 1.4.

Определить стоимость 1 единицы продукции молокоцеха каждого вида.

Решение. Обозначим через x – стоимость 1 литра молока, y – 1 кг сливочного масла, z – 1 кг творога. Тогда, учитывая данные таблицы 1.4, выручку молочного цеха каждого из трех дней реализации можно отобразить следующей системой:

Решим систему методом Крамера. Найдем главный определитель системы по формуле (1.2):

Так как он отличен от нуля, то система имеет единственное решение. Вычислим вспомогательные определители с помощью формулы (1.2):

По формулам Крамера (1.6) имеем:

Вернувшись к обозначениям, видим, что стоимость 1 литра молока равна 44 рубля, 1 кг масла – 540 рублей, 1 кг творога – 176 рублей

Примечание. Как видно, процесс вычисления определителей вручную с помощью калькулятора трудоемок, поэтому на практике используют персональный компьютер. Так, для решения систем линейных алгебраических уравнений методом Крамера в MS Excel высчитывают ее главный и вспомогательные определители с использованием функции МОПРЕД( ), где аргументом является диапазон ячеек и элементы матрицы, определитель которой находится.

В MathCAD для нахождения определителя пользуются палитрой оператора Matrix

Метод Крамера – это метод решения систем линейных уравнений. Он применяется только к системам линейных уравнений, у которых число уравнений совпадает с числом неизвестных и определитель отличен от нуля.

, которое определяется формулами

– определитель матрицы, полученной из основной матрицы заменой -го столбца на столбец свободных членов системы, а – определитель основной матрицы. Эта формула называется формулой Крамера.

Примеры

Найдем её определитель

Определитель , следовательно, заданная система может быть решена методом Крамера.

Вычислим определитель " width="24" height="15" />
, для этого заменим первый столбец в основной матрице на столбец свободных членов 1 \\ 7 \end" width="73" height="45" />
, получим

Аналогично, заменяя второй столбец основной матрицы на 1 \\ 7 \end" width="73" height="45" />
, найдем " width="24" height="18" />
:

Далее по формуле Крамера находим неизвестные переменные:

Тогда основная матрица 2 & 3 \\ 3 & 4 \end" width="99" height="45" />
, а столбец свободных членов -1 \\ -1 \end" width="88" height="45" />
.

Найдем определитель матрицы системы:

Определитель , следовательно, система имеет единственное решение и может быть решена методом Крамера. Заменяя первый столбец на столбец свободных членов, найдем, что

, получаем:

Тогда, по формуле Крамера, решением системы будет

и найдем её определитель по правилу треугольника:

Определитель основной матрицы равен нулю, следовательно, к данной системе нельзя применить метод Крамера.

Найдем определитель " width="24" height="15" />
, для этого подставим в последний определитель вместо первого столбца столбец свободных членов 4 \\ 5 \\ 0 \end" width="77" height="68" />
:

:

:

Далее по формуле Камера находим решение заданной системы

Метод Крамера — в чем заключается, суть для чайников

Габриель Крамер был великим математиком. Еще в детстве он отличался уникальными интеллектуальными способностями.

С двадцати лет Крамер преподавал в университете Женевы. Путешествуя по Европе, Габриель повстречался с другим ученым, Иоганном Бернулли, который в дальнейшем стал его наставником. Благодаря плодотворному сотрудничеству с Бернулли, Крамер опубликовал множество трудов по геометрии, математике и философии.

Свободное время ученый посвящал углубленному изучению математических теорий. В результате трудоемких исследований Габриелю удалось изобрести собственный способ решения систем линейных уравнений любой сложности.

Метод Крамера представляет собой способ решения систем линейных уравнений.

Методика великого ученого применима в тех случаях, когда пример состоит из систем линейных уравнений, в которых их количество соответствует числу неизвестных, а определитель не равен нулю.

В том случае, когда для любой крамеровской системы уравнений n*m можно подобрать единственное решение (Х₁, Х₂, … Х_n), справедлива формула:

где \(\Delta _\) является определителем матрицы, которая получена на основе основной матрицы А с помощью замены i-го столбца на столбец со свободными членами системы;

\(\Delta\) представляет собой определитель матрицы.

Таким образом, записывают формулу Крамера.

Теоремы замещения и аннулирования

Перед решением системы линейных уравнений необходимо изучить две важные закономерности. К ним относят:

• теорему аннулирования;
• теорему замещения.

Теорема замещения

При сложении произведений алгебраических дополнений какого-либо столбца и произвольных чисел b₁, b₂, b₃ получают новый определитель, в котором данными значениями осуществляют замену соответствующих элементов первоначального определителя, отвечающим данным алгебраическим дополнениям.

К примеру, можно записать справедливое равенство:

где A₁₁, А₂₁, А₃₁ являются алгебраическими дополнениями для компонентов а₁₁, а₂₁, а₃₁ первого столбца первоначального определителя:

Теорема аннулирования

В сумме произведения компонентов одной строки или столбца и алгебраических дополнений соответствующих компонентов другой строки или столбца равны нулю.

В качестве примера можно записать справедливое равенство:

Применение метода Крамера для решения систем линейных уравнений (СЛАУ)

Данная методика актуальна для поиска ответа на задачи, которые содержат системы линейных уравнений. Метод Крамера позволяет найти решение систем с числом строк, равных количеству неизвестных. Таким образом, решают квадратные системы уравнений. В процессе необходимо вычислить определители матрицы, включая основные и дополнительные, которые получены с помощью замещения одного из столбца главного определителя на столбец, состоящий из свободных членов системы алгебраических уравнений. Наглядно ознакомиться с алгоритмом можно на примере задачи.

Требуется решить с помощью метода Крамера СЛАУ:

Определим неизвестные \(\beginx_1\\x_2\\x_3 \end\) Порядок действий простой. Необходимо составить из системы матрицу:

А также следует записать столбец, состоящий из свободных членов:

Затем нужно рассчитать главный определитель матрицы:

Кроме того, требуется записать дополнительные определители \(\Delta_i\)

Дополнительные определители получают на основе главного определителя с помощью замены столбцов по очереди на столбец, в котором записаны свободные члены:

Бывает, что при расчетах получается \(\Delta = 0\) . В таком случае метод Крамера не применим для решения системы.

По итогам расчетов с помощью формулы Крамера можно сделать вывод неизвестных для системы линейных уравнений, что является ответом к задаче:

Порядок решения однородной системы уравнений

Метод Крамера – удобный способ решения систем линейных уравнений. Однако однородные системы являются отдельным случаем. Рассмотрим пример:

Решениями системы однородного типа могут являться:

• нулевые решения x = y = z =0;
• решения, которые не равны нулю.

В том случае, когда определитель \(\Delta\) записанной однородной системы не равен нулю, то есть \(\Delta \neq 0\) такая система обладает единственным решением. Таким образом, вспомогательные определители \(\Delta_= \Delta_=\Delta_= 0\) как такие, у которых имеется нулевой столбец и поэтому, за формулами Крамера (x = y = z =0).

В том случае, когда однородная система имеет решение, не равное нулю, ее определитель \(\Delta\) будет иметь нулевое значение, то есть \(\Delta=0\) . Действительно, если один неизвестный элемент, например х, не равен нулю, тогда, исходя из однородности \(\Delta_= 0\) справедливо равенство \(\Delta*x=0.\) В результате \(\Delta= 0 (x\neq 0)\) .

Метод Крамера позволяет достаточно просто решать системы линейных уравнений. Главное, соблюдать условия применения данного правила. В результате многие задачи из математического анализа станут намного проще. Если при освоении этой и других тем возникают трудности, выход есть. На сервисе Феникс.Хелп каждый учащийся получит квалифицированную помощь.

Читайте также:

  
• Как сделать сальто назад в зельде
  
• Как сделать перевод по номеру договора
  
• Как сделать спецэффекты огня
  
• Как сделать инкаст в пв
  
• Как сделать презентацию ppsx