background image

Metoda Gaussa eliminacji niewiadomych 

 

Za pomocą metody Gaussa można rozwiązać dowolny 
URL (bez względu na liczbę równań i niewiadomych oraz 
bez względu na liczbę rozwiązań). 

Dany jest układ m równań liniowych z n niewiadomymi: 

m

n

mn

m

m

n

n

n

n

b

x

a

x

a

x

a

b

x

a

x

a

x

a

b

x

a

x

a

x

a

...

........

..........

..........

..........

..........

...

...

2

2

1

1

2

2

2

22

1

21

1

1

2

12

1

11

 

Tworzymy macierz rozszerzoną tego układu: 

m

mn

m

m

n

n

b

a

a

a

b

a

a

a

b

a

a

a

...

.........

..........

..........

...

...

2

1

2

2

22

21

1

1

12

11

 

Będziemy przekształcać tę macierz. Celem przekształceń 
jest doprowadzenie jej do jednej z poniższych postaci w 
zależności od liczby wierszy i kolumn tej macierzy): 

background image

#

0

...

0

0

0

....

..........

..........

#

#

...

#

0

0

#

#

...

#

#

0

#

#

...

#

#

#

 lub 

#

#

#

0

...

0

0

0

...

..........

..........

..........

#

#

#

#

...

#

0

0

#

#

#

#

...

#

#

0

#

#

#

#

...

#

#

#

 

Symbol # oznacza dowolną liczbę. 

Z takiej macierzy łatwo odczytamy rozwiązanie. 

Dopuszczalne operacje przy przekształcaniu macierzy: 

1. Wiersze wolno zamieniać miejscami. 

2. Dowolny wiersz wolno pomnożyć przez liczbę różną od 
zera 

3. Do dowolnego wiersza wolno dodać inny wiersz 
pomnożony przez liczbę. 

4. Jeżeli w przekształcanej macierzy pojawi się dwa lub 
więcej jednakowych wierszy, to jeden z nich zostawiamy, 
a pozostałe skreślamy. 

Przykład. Rozwiązać układ równań: 

4

3

3

6

3

2

2

1

2

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

 

background image

Tworzymy macierz rozszerzoną tego układu: 

4

3

1

3

6

1

1

1

3

2

1

2

1

1

2

1

~







4

1

3

1

2

1

1

3

2

w

w

w

w

w

w

w

~



7

0

7

0

7

2

1

0

5

0

5

0

1

1

2

1

~







7

/

1

5

/

1

3

1

w

w

~



1

0

1

0

7

2

1

0

1

0

1

0

1

1

2

1

~







.

skresl

~



7

2

1

0

1

0

1

0

1

1

2

1

~





3

2

2

1

w

w

w

w

~



6

2

0

0

1

0

1

0

1

1

2

1

 

Ta macierz ma docelową postać, ale dodatkowo (dla 
wygody dalszych obliczeń) pomnożymy  

3

w

przez  1/2: 



3

1

0

0

1

0

1

0

1

1

2

1

 

Napiszemy teraz układ równań dla którego ta macierz jest 
macierzą rozszerzoną: 

3

1

1

2

3

2

3

2

1

x

x

x

x

x

 

background image

Wstawiamy  

3

1

3

2

x

i

x

 do równania pierwszego:  

1

3

2

1

x

,     stąd 

4

1

x

Odp.: Układ ma jedno rozwiązanie: 

3

,

1

,

4

3

2

1

x

x

x

 

Przykład. Rozwiązać układ równań: 

0

3

5

6

3

2

2

1

2

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

 

Tworzymy macierz rozszerzoną tego układu: 

0

3

5

1

6

1

1

1

3

2

1

2

1

1

2

1

~







4

1

3

1

2

1

1

2

w

w

w

w

w

w

w

~



1

4

7

0

7

2

1

0

5

0

5

0

1

1

2

1

~







4

3

1

5

/

1

w

w

w



1

4

7

0

7

2

1

0

1

0

1

0

1

1

2

1

~







4

2

3

2

2

1

7

w

w

w

w

w

w

~

6

4

0

0

6

2

0

0

1

0

1

0

1

1

2

1

~







2

/

1

2

/

1

2

1

w

w

3

2

0

0

3

1

0

0

1

0

1

0

1

1

2

1

~





4

3

3

2

1

2

w

w

w

w

w

~

9

0

0

0

3

1

0

0

1

0

1

0

1

1

2

1

 

background image

Ta macierz ma docelową postać. 

Zauważmy, że ostatni wiersz reprezentuje równanie: 

9

0

  

Jest to równanie sprzeczne, więc układ jest sprzeczny. 

Wniosek 1. 

Jeżeli w czasie przekształceń pojawi się wiersz postaci: 

0

0

...

0

0

0

k

 

to układ jest sprzeczny. 

Wniosek 2. 

Jeżeli w czasie przekształceń pojawi się wiersz samych 
zer, to taki wiersz skreślamy (reprezentuje on równanie 
0=0). 

Przykład. Rozwiązać układ równań: 

6

5

2

3

4

2

3

3

3

3

2

1

3

2

1

3

2

1

3

2

1

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

 

Tworzymy macierz rozszerzoną: 

background image

6

5

2

1

3

4

1

2

3

3

1

1

3

1

1

1

~







4

1

3

1

2

1

1

2

w

w

w

w

w

w

w

~

9

6

3

0

9

6

3

0

6

4

2

0

3

1

1

1

~







.

3

/

1

2

/

1

1

skresl

w

~

3

2

1

0

3

2

1

0

3

1

1

1

~





.

2

1

skresl

w

w

~

3

2

1

0

3

1

1

1

 

Ta macierz ma docelową postać. 

Napiszemy teraz układ równań dla którego ta macierz jest 
macierzą rozszerzoną: 

3

2

3

3

2

3

2

1

x

x

x

x

x

 

Z ostatniego równania wyznaczamy  

3

2

3

2

x

x

 

I wstawiamy do równania pierwszego: 

3

3

2

3

3

1

x

x

x

 

Stąd:                

3

1

x

x

 

  

  

3

1

x

x

 

Odpowiedź:  Rozwiązaniem równania jest każda trójka 
liczb postaci:     

3

1

x

x

3

2

3

2

x

x

3

x

 dowolne 

background image

Uwaga. Podstawiając np. 

1

3

x

  mamy: 

1

1

x

1

2

x

Sprawdź, że te liczby spełniają wszystkie równania danego 
układu. 

Podstawiając np. 

0

3

x

  mamy: 

0

1

x

3

2

x

. Sprawdź, 

że te liczby spełniają wszystkie równania danego układu. 

itd.