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线性方程组

关于未知量是一次的方程组,其一般形式为

   (1)

式中x1,x2,…,xn代表未知量,αij(1≤im,1≤jn)称为方程(1)的系数,bi(1≤im)称为常数项。系数和常数项都是任意的复数或某一个域的元素。

当常数项b1,b2,…,bn都等于零时,则方程组(1)称为齐次线性方程组。

方程组(1)的系数所构成的mn列矩阵

称为方程组(1)的系数矩阵。在A中添加由常数项组成的列而得到一个mn+1列矩阵

称为方程组(1)的增广矩阵。

如果在方程组(1)中,以一组复数或域F的元素с1,с2,…,сn代替未知量x1,x2,…,xn,每一个方程的两端相等,那么с1,с2,…,сn称为方程组(1)的一个解。

关于线性方程组,有以下主要结果。

(1)线性方程组(1)有解的充分必要条件是,系数矩阵A与增广矩阵凴有相同的秩。

(2)在A与凴有相同的秩r>0的情形下,A有一个r阶子式D不等于零,设

于是方程组(1)与仅含有前r个方程的方程组同解。可将前r个方程改写为

    (2)

方程组(2)的一般解公式为

x1=D1/Dx2=D2/D,…,xr=Dr/D,  (3)

式中Dj(j=1,2,…,r)是把D的第j列换成方程组(2)的右端的列所得到的一个r阶行列式,即

因而x1,x2,…,xr可由其余的未知量xr+1,xr+2,…,xn线性表出,xr+1,xr+2,…,xn称为自由未知量。

r<n时,则任意给自由未知量的一组值,由(3)可求出x1,x2,…,xr的值即方程组(1)的一个解,此时方程组(1)的解不只一个。当r=n时,则方程组(2)不含自由未知量,由(3)给出方程组(1)的惟一解。当m=n=r时,公式(3)称为克莱姆规则。

线性方程组是最简单也是最重要的一类代数方程组。大量的科学技术问题,最终往往归结为解线性方程组,因此线性方程组的数值解法在计算数学中占有重要地位。