a11D?a21?an1a12??a1n??≠0, (2.2)
a22?a2nan2?ann
则该线性方程组有解,且只有唯一解,其解可以表示为
DDDx1?1,x2?2,?,xn?n.
DDD
其中Dj(j=1,2,?,n)是把系数行列式D中第j列的元素用常数项b1,b2,?,bn代替后所得到的n阶行列式,即
a11?a1,j?1b1?a1,j?1?a1na2,j?1?a2n??an,j?1?ann. (2.3)
Dj?a21?a2,j?1b2??an1?an,j?1bn
2.2 克莱姆法则的证明
用Aij乘以第i个方程,得
ai1Aijx1???aijAijxj???ainAijxn?biAij,i?1,2,?n,
那么可以得到
n?n??n??n???ai1Aij?x1?????aijAij?xj?????ainAij?xn??biAij,
i?1?i?1??i?1??i?1?(注意:上式中只有xj的系数不为零,其余各项系数全为零.) 于是 Dxj?Dj. 又由于D?0,所以xj?另证:
DjD,j?1,2,?n.
a11D?a21?an1 ?
a12?a1na22?a2n???an2?annbiai1?aina11?a1n???an1?ann(i?1,2?n)
?o?加行加列b1?bn1?21?3?11?4?21?(n?1)n?10?biD+ai1(?1)D1?ai2(?1)D2?ai3(?1)D3+??ain(?1)?0?biD?ai1D1?ai2D2???ainDn ?biD?ai1D1?ai2D2???ainDn
由于D?0,所以
bD1DDi?ai1D?a2i2D???aninD, 故 xii?DD(i?1,2,?n);Ax?b有解且解唯一.
2.3 克莱姆法则在线性方程组中的应用
(1)用克莱姆法则解方程组
??2x1?x2?5x3?x4?8,??x1?3x2?6x4?9,.
?2x2?x3?2x4??5,??x1?4x2?7x3?6x4?0解:
21?5107?513r D?1?30?61?2r21?30?602?12 ????r 4?r202?12
14?7607?712
展开c17?513c2c2?3?53?? ?2?12 1?7?712c?????0?10
3?2c2?7?7?2
展开r??2 ?33?7?2?27?0,
?(?1)Dn
故线性方程组有解。
81?5128?5D9?30?6901??52?12?81, D2?10?5?104?7610?7
218121?5D1?39?61?33?02?52??27, D04?02?1140614?7
?x1D?8127?3, xD?1081?D2?2D?27??4,
xD33?D??2727??1, xD4274?D?27?1.
(2)设曲线 y?a30?a21x?a2x?a3x 通过四点(1,3)、((3,3)、(4,-3),求系数a0,a1,a2,a3.
解:
将四点的坐标代入曲线方程,得线性方程组
??a0?a1?a2?a3?3??a0?2a1?4a2?8a3?4?9a, ?a0?3a12?27a3?3??a0?4a1?16a2?64a3??3
其系数行列式
1111D?124813927?12?0.
141664
1?62??108,
689?5?27, 02,4)、
31231491827?36,D2?1113431491827??18,
43又 D1??3416641?3166411149343??6.
11D3?12133431827?24,D4?121314?3641416?3
由克莱姆法则得方程组有惟一解。得
31 a0?3,a1??,a2?2,a3??.
22
以上为本文对克莱姆法则的简述。综上所述,可知用克莱姆法则解n个未知量、n个方程的线性方程组,需要计算 n+1 个n阶行列式,计算量相当大。所以在实际问题中,超过四个未知数的线性方程组一般不采用克莱姆法则求解,通常是才用一下介绍的方法。尽管如此,克莱姆法则在理论上仍然是相当重要的,因为它清楚地告诉我们,当方程组(2.1)的系数行列式不等于零时,方程组(2.1)有唯一解,又从求解公式中可以看到方程组(2.1)的解与它们的系数、常数项的依赖关系,而且以后将会看到,克莱姆法则还可以用于一般线性方程组的研究和讨论。所以对克莱姆法则的条件、结论及其求解公式必须正确掌握和运用。
3.利用消元法求解线性方程组
消元法是求解线性方程组的最直接、最有效、最一般的方法,它的基本思想是利用方程组中方程之间的算术运算,每次保留一个方程,消去其他方程的某一个未知量,这样一步步做下去,最后得到一个阶梯形方程组,然后通过解这个比较容易求解的阶梯形方程组而获得原方程组的解。
3.1 线性方程组的矩阵
设含有n个未知数的线性方程组
?a11x1?a12x2???a1nxn?b1,?ax?ax???ax?b,?2112222nn2? (3.1) ???????an1x1?an2x2???annxn?bn.
该方程组的矩阵表示形式为: AX = B 其中
?a11?aA = ?21????am1
a12a22?am2?a1n??x1??b1??x??b??a2n?2?, X = ??, B = ?2?. ???????????????amn?x?n??bn?称A为方程组(3.1)的系数矩阵,X为未知矩阵,B为常数矩阵。将系数矩阵A和常数矩阵B放在一起构成的矩阵
?a11?a[AB]=?21????am1
称为方程组(3.1)的增广矩阵。
3.2 消元法
a12a22??a1n?a2n??am2?amnb1?b2?? (3.2) ???bm?若用初等行变换将增广矩阵[AB]化为[CD],则AX = B与CX = D是同
解方程组。可以利用初等行变换将其增广矩阵[AB]化简,将[AB]化成阶梯形矩阵。用初等行变换将方程组(3.1)的增广矩阵[AB]化成阶梯形矩阵,再写出该阶梯形矩阵所对应的方程组,逐步回代,求出方程组的解。因为它们为同解方程组,所以也就得到了原方程组(3.1)的解。这种方法被称为消元法。