线性方程组ppt课件.ppt

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1、线性代数线性代数Linear AlgebraBITFall 2011 Grading: Homework 20% +Midterm 10%+ Final Exam 70%Homework： Every student is required to turn in a well-written homework each week. The homework assignments are due at the beginning of the class on Tuesdays.（每周二上课之前交前一周的作业）Midterm：第一章和第二章课程结束之后，随：第一章和第二章课程结束之后，随堂考试

2、，占总成绩的堂考试，占总成绩的10% 课程大纲课程大纲Chapter 1: 线性方程组线性方程组Chapter 2: 行列式行列式Chapter 3：线性方程组的进一步理论线性方程组的进一步理论Chapter 4： 矩阵矩阵 的运算的运算 第一章第一章 线性方程组线性方程组 1.1 Gauss-Jordan算法算法 一般的一般的n元线性方程组元线性方程组：一个解一个解： 元有序数组 使（*）的所有方程变为恒等式。 解集合解集合：（*）的全部解的集合。 不相容线性方程组不相容线性方程组：解集合为空集。 线性方程组同解线性方程组同解：解集合相同。通解通解（一般解一般解）：解集合中全部元素的通项表达

3、式。 特解特解（具体解具体解）：解集合中一个特定元素。 nnncxcxcx,.,2211解的存在性解的存在性：解集合是否为空集。 有解有解：解集合非空。 解的唯一性解的唯一性：非空的解集合是否只有一个元素。 有唯一解有唯一解：解集合只含一个元素。 非齐次线性方程组非齐次线性方程组： 不全为零 齐次线性方程组齐次线性方程组： 全为零mbbb,.,21mbbb,.,21线性方程组的中心问题线性方程组的中心问题 （1）解的判别：）解的判别：确定存在性与唯一性 （2）求解：）求解：确定解集合（3）解的结构：）解的结构：研究解之间的关系上例题求解过程总结上例题求解过程总结：（1）求解线性方程组有两个过程

4、：消元消元与回代回代（2）消元过程需对方程组做如下处理： （i）用一个非零数乘某一个方程 （ii）一个方程的倍数加到另一个方程上 （iii）互换两个方程的位置称上述三种处理为线性方程组的初等变换线性方程组的初等变换。 （3）消元的目的是把原方程组化为阶梯形方程组阶梯形方程组（4）一个方程组被其系数与常数项唯一确定，且线性方程组的初等变换只涉及系数与常数项。回顾：解线性方程组的过程增广矩阵的每行对应方程组中的一个方程，故方程组的初等变换等同于对增广矩阵的行作下列变换： （1）用一个非零数乘某一行的全部元素 （2）一行的倍数加到另一行上 （3）互换两行的位置 称上述对矩阵行的处理为矩阵的初等行变换

5、矩阵的初等行变换。 结论：结论：方程组的初等变换方程组的初等变换 增广矩阵的初等增广矩阵的初等行变换行变换 更进一步，阶梯形方程组的增广矩阵也具有相阶梯形方程组的增广矩阵也具有相同的形式：同的形式：（1）零行（所有元素均为零的行）全部在下方，非零行（至少有一个元素不为零的行）全部在上方（2）非零行的首非零元（也称主元主元，即行中第一个不为零的元素）随着行标的增大其列标也严格增大 称上述形式的矩阵为阶梯形矩阵阶梯形矩阵。结论结论：增广矩阵为阶梯形矩阵增广矩阵为阶梯形矩阵 方程组为阶方程组为阶梯形方程组梯形方程组1.2 线性方程组解的情况及判别线性方程组解的情况及判别 定理定理 方程组的初等变换把

6、一个线性方程组变成另一个同解的线性方程组。 定理定理 任一矩阵均可通过有限次初等行变换化为阶梯形矩阵。假设用初等行变换假设用初等行变换 可以化为可以化为A00000000000000000001222111121122rrrjjjjjddcdccdccccrrr其中其中 都不为都不为0. 不难看出上述矩阵对应的阶梯形方程组为不难看出上述矩阵对应的阶梯形方程组为 rrjjccc,.,22110001222211121211122rrnrnjrjnnjjjjnnjjddxcxcdxcxcxcdxcxcxcxcrrrrrr情形一情形一： 此时阶梯形方程组中出现了此时阶梯形方程组中出现了 这种矛盾方程

7、，因此阶梯形方程组这种矛盾方程，因此阶梯形方程组无解无解。 01rd10rd情形二情形二： 子情形一子情形一：则上述阶梯形方程组为则上述阶梯形方程组为 01rdnr nnnnnnnndxcdxcxcdxcxcxc2222211212111其中 均不为零，所以通过回代可唯一确定 的取值，即方程组有唯一解。子情形二：子情形二：设设 为除为除 之外的之外的 个自由未知量。则上述阶梯形方程个自由未知量。则上述阶梯形方程组为组为nnccc,.,2211nxxx,.,21nr rniiixxx,.,21rjjxxx,.,21rn 其中 均不为零。 只要给定 的值，则通过回代可唯一确定 的取值，从而得到方程

8、组的解。因为 可取无穷多组值，所以方程组有无穷多个解。rrjjccc,.,2211rniiixxx,.,21rjjxxx,.,21rnrnrrnrnrrrnrnrririirirrrjiiiijrjjjiiiijjjjxcxcdxcxcxcdxcxcxcxcdxcxcxc1111221122222211111111通过上述讨论我们得到 定理定理：就阶梯形方程组而言 1有矛盾方程有矛盾方程：无解； 2无矛盾方程无矛盾方程：有解； （1）方程个数=未知数个数：解唯一；（2）方程个数未知数个数：解无穷多：注注： （1）通常总是取非主元未知数非主元未知数为自由未知数(系数不是阶梯形矩阵主元的未知数)；

9、 （2）阶梯形方程组不含“0=0”的方程。 （3）对齐次方程组消元时，只需对系数矩阵进行初等行变换推论推论1 阶梯形齐次线性方程组有非零解的充分必要条件为方程的个数少于未知数的个数。 推论推论2 若齐次线性方程组中方程的个数少于未知数的个数，则其必有非零解。 因为任一线性方程组都可化为同解的阶梯形方程组，所以上述定理使我们得到了对方程组的解进行判别的有效方法。例例 某大学数学系组织全校三年级学生进行数学建模比赛，比赛以组为单位进行。在分组过程中发现，若3个人一组，最后剩余2人，若5人一组，则最后余3人；若7人一组，最后也余2人。已知全校三年级学生人数在800到1000之间。问全校三年级学生有多少人？小结：小结： （1）熟练掌握矩阵用初等行变换化阶梯形； （2）熟练掌握用Gauss-Jordan消元法对线性方程组的解进行判别与求解。作业：作业： 习题习题1.1： 1.（2）（3），2习题习题1.2：2，6，8