background image

 

 

3. Metoda eliminacji 

 

Dany jest uk

ùad m

 r

ównañ liniowych o n

 niewiadomych 

n

x

x

x

,

,

,

2

1

 

 

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

(*)

 

gdzie 

N

n

,

m

 a 

j

ij

b

,

a

 

s

¹ liczbami 

 . 

Oznaczmy: 

n

m

mn

m

m

n

n

x

x

x

X

b

b

b

B

a

a

a

a

a

a

a

a

a

A

2

1

2

1

2

1

2

22

21

1

12

11

,

,

 

Wtedy uk

ùad 

r

ównañ liniowych

  (*) mo

¿na zapisaã 

w postaci macierzowej 

AX=B

Je

¿eli  na  wierszach

  macierzy  rozszerzonej 

B

A

 

b

êdziemy  wykonywaã 

podane  ni

¿ej 

operacje  elementarne

,  to  otrzymamy  macierz  rozszerzon

¹  ukùadu 

r

ównañ równowa¿nego ukùadowi (*)

 

Wyró¿niamy nastêpuj¹ce 

operacje elementarne

 

1.

 Mno

¿enie dowolnego

 wiersza macierzy rozszerzonej przez liczb

ê ró¿n¹ od zera

2.

  Dodawanie  do  dowolnego  wiersza  macierzy  rozszerzonej  innego  wiersza  tej 

macierzy pomno

¿onego przez liczbê.

 

3.

 Przestawienie dw

óch dowolnych

 wierszy macierzy rozszerzonej. 

 

UWAGA

Mo

¿na przestawiaã kolumny ale tylko macierzy wspóùczynników przy niewiadomych 

( Patrz Przyk

ùad 12).

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
operacje  
elementarne 

 

.......................................................................................... 

PRZYK£AD 1  

Dla uk

ùad

u r

ównañ 

  

3

6

3

2

1

3

5

7

2

4

3

z

y

x

z

y

x

z

y

x

 napisa

ã ukùad równañ równowa¿ny.

 

 

id3117125 pdfMachine by Broadgun Software  - a great PDF writer!  - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com  http://www.broadgun.com 

background image

 

 

Macierz rozszerzona 

U

  tego uk

ùadu ma postaã:

  

3

1

7

|

|

|

6

3

2

3

1

5

2

4

3

U

 

Do drugiego wiersza tej macierzy dodajmy trzeci wiersz pomno

¿ony p

rzez 4. 

Otrzymujemy now

¹ macierz 

 

3

)

3

(

4

1

7

|

|

|

6

3

2

)

6

(

4

3

3

4

1

2

4

5

2

4

3

=

3

11

7

|

|

|

6

3

2

21

11

13

2

4

3

 

Uk

ùad równañ odpowiadaj¹cy tej nowej macierzy rozszerzonej ma postaã:

 

3

6

3

2

11

21

11

13

7

2

4

3

z

y

x

z

y

x

z

y

x

  i  jest on r

ównowa¿ny  ukùadowi wyjœciowemu

.......................................................................................... 

 

Wr

óãmy do ukùadu równañ liniowych (*),  zapisanego w postaci macierzowej

 

 AX

=

B

Rozwi

¹zywanie  takiego  ukùadu  równañ  metod¹  operacji  elementarnych  polega  na 

przekszta

ùceniu 

macierzy 

rozszerzonej 

B

A

 

do  postaci 

D

C

,  

gdzie 

C

 jest tzw. 

macierz¹ bazow¹

  



)

(

)

(

)

(

)

(

0

0

k

n

k

m

k

k

m

k

n

k

k

F

I

C

 

Na bloki macierzy 

C

 sk

ùadaj¹ siê nastêpuj¹ce macierze:

 

k

 macierz jednostkowa 

)

(

k

n

k

F

 

 dowolna macierz  

k

k

m

 )

(

0

)

(

)

(

0

k

n

k

m

 

 macierze zerowe 

przy  czym  w  postaci  bazowej  tylko  macierz  jednostkowa 

k

I

  musi  si

ê  pojawiã 

natomiast pozosta

ùe macierze: zerowe oraz F

 nie musz

¹ wystêpowaã.

 

Z  postaci 

D

C

,  gdzie 

C

  jest  macierz

¹  bazow¹  mo¿na  natychmiast  odczytaã 

rozwi

¹zanie ukùadu równañ lub stwierdziã, ¿e ukùad jest sprzeczny.

 

Operacje elementarne nale

¿y tak dobieraã  aby  utworzyã  zera  w miejscu  wybranych 

element

ów  macierzy.  W  przykùadach  zaznaczo

no  pogrubion

¹  czcionk¹  utworzone 

zera dzi

êki podanej operacji elementarnej.

 

W przyk

ùadowych zadaniach kolejnoœã tworzenia zer bêdzie miaùa taki sam

 przebieg 

jak  na  poni

¿szym  schemacie.  Pierwsz¹  z  zapisanych  operacji 

1

11

21

2

)

(

w

a

a

w

  w  tym 

schemacie  nale

¿y  rozumieã  nastêpuj¹co:  do  drugiego  wiersza  dodajemy  wiersz 

 

 
 
 
 
 

macierz bazowa 

background image

 

 

pierwszy pomno

¿ony przez 

)

(

11

21

a

a

 

Metoda  rozwi

¹zywania  ukùadu  równañ  oparta  na  pini¿szym  schemacie  nosi  nazwê 

metody Gaussa – Jordana

Schemat. 

   

4

45

44

43

42

41

3

35

34

33

32

31

2

25

24

23

22

21

1

15

14

13

12

11

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

   

1

11

21

2

)

(

w

a

a

w

    

4

45

44

43

42

41

3

35

34

33

32

31

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

   

1

11

31

3

)

(

w

a

a

w

 

          

4

45

44

43

42

41

36

35

34

33

32

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

0

b

a

a

a

a

a

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

  

1

11

41

4

)

(

w

a

a

w

   

46

45

44

43

42

36

35

34

33

32

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

0

0

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

   

2

22

12

1

)

(

w

b

a

w

 

         

46

45

44

43

42

36

35

34

33

32

26

25

24

23

22

16

15

14

13

11

0

0

0

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

c

c

c

c

a

0

  

2

22

32

3

)

(

w

b

b

w

   

46

45

44

43

42

36

35

34

33

26

25

24

23

22

16

15

14

13

11

0

0

0

0

b

b

b

b

b

c

c

c

c

b

b

b

b

b

c

c

c

c

a

0

   

2

22

42

4

)

(

w

b

b

w

 

         

46

45

44

43

36

35

34

33

26

25

24

23

22

16

15

14

13

11

0

0

0

0

0

c

c

c

c

c

c

c

c

b

b

b

b

b

c

c

c

c

c

0

   

3

33

13

1

)

(

w

c

c

w

  

46

45

44

43

36

35

34

33

26

25

24

23

22

16

15

14

11

0

0

0

0

0

0

c

c

c

c

c

c

c

c

b

b

b

b

b

d

d

d

c

0

   

3

33

23

2

)

(

w

c

b

w

 

         

46

45

44

43

36

35

34

33

26

25

24

22

16

15

14

11

0

0

0

0

0

0

0

c

c

c

c

c

c

c

c

d

d

d

b

d

d

d

c

0

   

3

33

43

4

)

(

w

c

c

w

  

46

45

44

36

35

34

33

26

25

24

22

16

15

14

11

0

0

0

0

0

0

0

0

d

d

d

c

c

c

c

d

d

d

b

d

d

d

c

0

   

4

44

14

1

)

(

w

d

d

w

 

         

46

45

44

36

35

34

33

26

25

24

22

16

15

11

0

0

0

0

0

0

0

0

0

d

d

d

c

c

c

c

d

d

d

b

e

e

c

0

  

4

44

24

2

)

(

w

d

d

w

  

46

45

44

36

35

34

33

26

25

22

16

15

11

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

d

d

d

c

c

c

c

e

e

b

e

e

c

0

   

4

44

34

3

)

(

w

d

c

w

 

         

46

45

44

36

35

33

26

25

22

16

15

11

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

d

d

d

e

e

c

e

e

b

e

e

c

0

  

1

11

1

w

c

 

2

22

1

w

b

3

33

1

w

c

4

33

1

w

d

  

46

45

36

35

26

25

16

15

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

0

1

f

f

f

f

f

f

f

f

 

 

metoda Gaussa 

 Jordana 

W  praktyce  cz

êsto  przeksztaùcamy  macierz  U

  do  postaci 

*

E

podobnej  do

E

    gdzie 

zamiast  macierzy  jednostkowej 

k

I

  jest  macierz  tr

ójk¹tna

k

ale  tak

¹

,  w  kt

ór

ej 

wszystkie elementy na gùównej przek¹tnej s¹ ró¿ne od zera

)

(

)

(

)

(

)

(

*

*

0

0

k

n

k

m

k

k

m

k

n

k

k

F

E

  

*

D

 

Macierz

)

(

*

k

n

k

F

 jest to dowolna macierz. 

 

background image

 

 

Po  uzyskaniu  macierzy 

*

E

  nie  mo

¿na  odczytaã  r

ozwi

¹zania  ukùadu.  Mo¿na  tylko 

stwierdzi

ã  czy  ukùad  jest  rozwi¹zalny  czy  sprzeczny.  Dla  uzyskania  rozwi¹zania 

trzeba  jeszcze  wykona

ã  kilka  przeksztaùceñ  wykorzystuj¹c  metodê  podstawiania. 

Spos

ób  uzyskania  macierzy  trójk¹tnej  dolnej  zaprezentowany  jest  na  p

oni

¿szym 

schemacie.  Metoda  rozwi

¹zywania  ukùadu  równañ  oparta  na  tym  schemacie  to 

metoda Gaussa.

 

Schemat.

 

       

4

45

44

43

42

41

3

35

34

33

32

31

2

25

24

23

22

21

1

15

14

13

12

11

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

  

1

11

21

2

)

(

w

a

a

w

   

4

45

44

43

42

41

3

35

34

33

32

31

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

b

a

a

a

a

a

b

a

a

a

a

a

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

   

1

11

31

3

)

(

w

a

a

w

     

   

       

4

45

44

43

42

41

36

35

34

33

32

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

0

b

a

a

a

a

a

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

   

1

11

41

4

)

(

w

a

a

w

   

46

45

44

43

42

36

35

34

33

32

26

25

24

23

22

1

15

14

13

22

11

0

0

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

  

2

22

32

3

)

(

w

b

b

w

      

      

46

45

44

43

42

36

35

34

33

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

0

0

0

b

b

b

b

b

c

c

c

c

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

   

2

22

42

4

)

(

w

b

b

w

   

46

45

44

43

36

35

34

33

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

0

0

0

0

c

c

c

c

c

c

c

c

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

   

3

33

43

4

)

(

w

c

c

w

 

      

46

45

44

36

35

34

33

26

25

24

23

22

1

15

14

13

12

11

0

0

0

0

0

d

d

d

c

c

c

c

b

b

b

b

b

b

a

a

a

a

a

0

 

metoda Gaussa 

 

 

  

 

.......................................................................................... 

PRZYK£AD 2 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

  

2

3

2

0

2

3

3

2

2

3

t

z

y

x

t

z

y

x

t

z

y

x

 . 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu ma postaã

 

2

0

2

3

2

1

1

2

1

3

3

2

3

1

1

U

W  pierwszym  przyk

ùadzie  na  ka¿dym  etapie  rozwi¹zywania  przeprowadzimy  tylko 

jedn

¹ 

operacjê 

elementarn¹.  W 

celu 

wye

liminowania  wsp

óùczynnika 

przy 

niewiadomej x znajduj

¹cego  siê  w  drugim  wierszu  macierzy  U

 do drugiego wiersza 

tej  macierzy  dodamy  wiersz  pierwszy  pomno

¿ony  przez  2  (zapis  symboliczny  tej 

operacji: 

1

2

w

w

). 

 

background image

 

 

2

2

2

0

1

3

1

2

2

1

1

2

1

)

3

(

2

3

1

2

3

3

1

1

1

2

2

=

2

4

2

3

0

1

1

2

1

3

1

3

1

1

0

 

Wsp

óùczynnik  przy  niewiadomej  x

  znajduj

¹cy  siê  w  trzecim  wierszu  powstaùej 

macierzy  zostanie  wyeliminowany  gdy  do  trzeciego  wiersza  tej  macierzy  dodamy 

wiersz pierwszy pomno

¿ony przez –

1 (symbolicznie:

1

3

)

1

(

w

w

). 

2

)

1

(

2

4

2

1

)

1

(

3

0

1

)

3

(

)

1

(

1

1

)

1

(

2

3

1

0

3

1

1

1

1)

(

1

=

0

4

2

2

0

1

4

1

3

1

0

3

1

1

0

 

Wsp

óùczynnik  przy  niewiadomej  y  w  pierwszym  wierszu  wyeliminujemy  gdy  do 

pierwszego wiersza dodamy drugi (symbolicznie:

2

1

w

). 

0

4

4

2

2

0

1

4

1

0

3

1

0

)

3

(

3

0

1

1)

(

1

=

0

4

6

2

0

1

4

1

0

3

1

0

6

1

0

 

Eliminujemy teraz wsp

óùczyn

nik przy niewiadomej y w trzecim wierszu. 

W  tym  celu  do  trzeciego  wiersza  uzyskanej  macierzy  dodamy  wiersz  drugi 

(symbolicznie:

2

3

w

). 

4

0

4

6

2

0

1

)

3

(

4

0

0

3

1

0

6

0

1

1)

(

1

=

4

4

6

2

0

1

1

0

3

1

0

6

0

1

0

 

Wsp

óùczynnik  przy  niewiadomej  z  w  pierwszym  równaniu  wy

eliminujemy  gdy  do 

pierwszego 

r

ównania 

dodamy 

wiersz 

trzeci 

pomno¿ony 

przez 

(symbolicznie:

3

1

6w

). 

4

4

4

6

6

2

0

2

6

1

1

0

0

3

1

0

0

6

0

0

6

1

1

6

6

=

4

4

30

2

0

13

1

0

0

3

1

0

0

1

0

 

Wyeliminujemy wsp

óùczynnik przy niewiadomej z w drugim wierszu.

 

Do 

drugiego 

wiersza 

dodamy 

wiersz 

trzeci 

pomno

¿ony 

przez 

(symbolicznie:

3

2

3w

). 

4

4

3

4

30

2

2

3

0

13

1

0

0

0

3

1

0

3

0

0

0

1

1

3

3

=

4

16

30

2

6

13

1

0

0

1

0

0

0

1

0

 

background image

 

 

Wiersz drugi pomno

¿ymy przez –

1(symbolicznie:

1

)

1

(

w

4

)

1

(

16

30

2

)

1

(

6

13

1

0

0

0

1)

(

1

)

1

(

0

0

0

1

=

4

16

30

2

6

13

1

0

0

0

1

0

0

0

1

 

W otrzymanej macierzy nie wyst

êpuj¹ macierze zerowe. Z wyodrêbnionymi blokami 

ma ona posta

ã:

 

 

 

 

4

16

30

2

6

13

1

0

0

0

1

0

0

0

1

 

Uk

ùad równañ odpowiadaj¹cy uzyskanej macierzy jest nastêpuj¹cy:

 

4

2

1

0

0

16

6

0

1

0

30

13

0

0

1

t

z

y

x

t

z

y

x

t

z

y

x

 

Uk

ùad ten jest 

r

ównowa¿ny ukùadowi wyjœciowemu.

 

Otrzymujemy rozwi

¹zanie ukùadu równañ w postaci

 

4

2

16

6

30

13

t

z

t

y

t

x

R

Widzimy, 

¿e ukùad równañ ma nieskoñczenie wiele rozwi¹zañ zale¿nych od jednego 

parametru  (w  otrzymanym  rozwi

¹zaniu  parametrem  jest  t

).  Rozwi

¹zanie  to  mo¿na 

by

ùo  odczytaã  bezp

o

œrednio  z  ostatniej  macierzy.

  Kolumna  wsp

óùczynników  przy 

niewiadomej 

t

  znalaz

ùa  siê  poza  macierz¹  jednostkow¹.  Oznacza  to,  ¿e  t

  w 

rozwi

¹zaniu  jest  parametrem  i  musi  byã  przeniesione  na  praw¹  stronê  równañ 

uk

ùadu.

 

 

Macierz 
jednostkowa 

Macierz 

F

 

  

Macierz 

D

 

background image

 

 

..........................................................................................

 

PRZYK£AD 3 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

1

5

5

4

3

5

3

1

2

t

z

y

x

t

z

y

x

t

z

y

x

 . 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona U tego uk

ùadu ma postaã:

 

1

3

1

5

1

1

5

4

1

1

5

3

1

2

1

U

W dalszych obliczeniach  opis  operacji elementarnych podany b

ê

dzie symbolicznie. 

Np.  pierwsz

¹  operacjê 

1

2

)

3

(

w

w

  nale

¿y  rozumieã  nastêpuj¹co:  do  wiersza 

drugiego  dodajemy  wiersz  pierwszy  pomno

¿ony  przez  –

3,  druga  operacja 

1

3

w

 

oznacza: do wiersza trzeciego dodajemy wiersz pierwszy. 

Wykonujemy kolejno podane operacje: 

1

2

)

3

(

w

w

 

1

3

w

 

1

1

1

)

3

(

3

1

1

5

1

)

3

(

1

1

)

1

(

5

2

4

)

1

(

)

3

(

1

2

)

3

(

5

1

2

1

1

1

1

3)

(

3

=

0

0

1

4

2

1

4

2

2

1

1

2

1

0

0

 

2

1

w

w

 

2

3

)

2

(

w

w

 

0

0

1

)

2

(

)

2

(

4

2

)

2

(

2

1

2

)

2

(

4

0

2

1

0

2

2

1

1

1)

(

2)

(

2

1)

(

2

2

=

0

0

1

0

2

3

0

0

2

1

0

3

1

0

0

 

Wiersz drugi pomno

¿ymy przez

 

1 co zapisujemy w skr

ócie: 

2

)

1

(

w

 

0

0

1

0

)

2

(

1

3

0

0

0

2

1

)

1

(

1

0

3

0

1

=

0

0

1

0

2

3

0

0

0

2

1

0

3

0

1

 

 

Otrzymana macierz z podzia

ùem ma bloki ma postaã:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

 

 

 

 

 

0

0

1

0

0

2

2

3

3

0

0

1

0

0

1

 

 

 

Wsp

óùczynniki przy niewiadomych z oraz t nie znalazùy siê w macierzy jedno

stkowej, 

zatem 

z

 oraz 

t

 b

êd¹ parametrami wystêpuj¹cymi 

w rozwi

¹zaniu.

 

Z tak przekszta

ùconej macierzy rozszerzonej podajemy rozwi¹zanie ukùadu równañ:

 

t

z

y

t

z

x

2

2

1

3

3

 

R

z

,

R

t

 

gdzie 

z, t

 s

¹ to parametry.

 

Rozwi

¹zanie tego ukùadu równ

a

ñ mo¿na podaã tak¿e w postaci

 

v

t

u

z

v

u

y

v

u

x

2

2

1

3

3

.......................................................................................... 

PRZYK£AD 4 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ 


13

16

3

4

5

3

7

2

5

2

3

2

t

z

y

x

t

y

x

t

z

y

x

 . 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu ma 

posta

ã 

13

3

5

16

7

2

3

4

5

0

1

2

3

2

1

U

Wykonujemy kolejno operacje: 

1

2

w

w

 

1

3

w

w

 

5

5

13

5

2

3

5

)

2

(

5

16

)

2

(

2

7

2

3

5

3

)

2

(

5

4

3

2

0

)

2

(

2

1

3

2

1

1

5

5

1

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Macierz 
jednostkowa 

Macierze 
zerowe 

Macierz F 

Macierz D 

background image

 

 

=

12

7

5

6

3

2

12

6

6

3

3

2

1

0

0

 

2

1

3

2

w

w



 

2

3

w

w

 









7

)

2

(

12

7

7

3

2

5

3

)

2

(

6

3

3

3

2

2

6

)

2

(

12

0

3

0

6

3

2

3

1

3)

(

2)

(

6

3)

(

3

2

2

6

=

2

7

3

1

0

3

4

0

0

3

0

1

1

0

0

6

 

Nie  ma  potrzeby  wykonywania  kolejnych  operacji  prowadz

¹cych  do  macierzy 

jednostkowej  bo  w  trzecim  wierszu  widoczna  jest  sprzeczno

œã  w  ukùadzie  równañ. 

Zapiszmy uk

ùad równañ wynikaj¹cy z postaci otrzymanej macierzy:

 

2

0

7

3

6

3

3

1

4

t

z

y

t

z

x

  

Uk

ùad równañ 

jest sprzeczny. 

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 5 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

9

4

2

3

13

2

4

5

3

2

10

3

z

y

x

z

y

x

z

y

x

z

y

x

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U  

tego uk

ùadu ma postaã

  

9

4

2

3

13

2

4

1

5

3

1

2

10

1

3

1

U

 

 

 

 

Sprzecznoϋ

 

background image

 

 

Wykonujemy kolejno operacje elementarne: 

1

2

)

2

(

w

w

 

1

3

w

 

1

4

)

3

(

w

w

 

Otrzymujemy: 

)

10

(

)

3

(

9

1

)

3

(

4

)

3

(

)

3

(

2

1

)

3

(

3

)

10

(

13

1

2

)

3

(

4

1

1

)

10

(

)

2

(

5

1

)

2

(

3

)

3

(

)

2

(

1

1

)

2

(

2

10

1

3

1

=

21

7

7

0

3

1

1

0

15

5

5

0

10

1

3

1

 

2

5

1

w

 

4

7

1

w

 

7

1

21

7

1

7

7

1

7

0

3

1

1

0

5

1

15

5

1

5

5

1

5

0

10

1

3

1

=

3

1

1

0

3

1

1

0

3

1

1

0

10

1

3

1

 

2

1

w

w

 

2

3

w

 

2

4

w

 

3

3

)

1

(

1

0

3

3

)

1

(

1

0

3

1

1

0

3

3

10

)

1

(

3

1

1

1

1

1

1

1

3

3

=

0

0

0

0

0

0

3

1

1

0

1

2

1

0

0

0

 

Uzyskana macierz z podzia

ùem na bloki ma postaã:

 

 

0

0

3

1

0

0

1

2

0

0

0

0

1

0

0

1

 

 

Wsp

óùczynniki  przy  niewiadomej  

nie znalaz

ùy  siê  w  macierzy  jednostkowej,  zatem 

Macierz 
jednostkowa 

Macierze 
zerowe 

Macierz

 

Macierz 

D

 

background image

 

 

z b

êdzie parametrem wystêpuj¹cym w rozwi¹zaniu.

 

Z postaci otrzymanej macierzy podajemy rozwi

¹zanie:

 

3

1

2

z

y

z

x

 

gdzie 

z

 to dowolna liczba rzeczywista. 

Ostatecznie

3

1

2

z

y

z

x

R

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 6 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ 

0

3

5

11

10

8

5

3

2

6

8

4

z

y

x

z

y

x

z

y

x

z

y

x

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu m

a posta

ã  

0

3

1

5

11

1

10

8

5

3

2

6

8

1

4

1

U

Wykonujemy kolejno operacje elementarne: 

1

2

w

w

 

1

3

1

3

8

)

8

(

w

w

w

w

 

1

4

1

4

5

)

5

(

w

w

w

w

 

Otrzymujemy: 

)

8

(

5

0

1

5

3

)

4

(

5

1

)

8

(

8

11

1

8

1

)

4

(

8

10

)

8

(

6

5

1

6

3

)

4

(

6

2

8

1

4

1

1

5

5

1

8

8

1

6

6

=

40

2

19

53

9

22

53

9

22

8

1

4

1

0

0

0

 

2

1

2

1

22

4

)

22

4

(

w

w

w

w

 

2

3

w

 

2

4

22

19

w

 

background image

 

 

)

53

(

22

19

40

9

22

19

2

0

)

53

(

53

9

9

0

53

9

22

0

)

53

(

22

4

8

9

22

4

1

1

22)

(

22

19

19

22)

(

22

22)

(

22

4

4

=

22

127

22

127

0

0

0

0

53

9

22

0

22

36

22

14

1

0

0

0

 

Przestawiamy wiersz trzeci z wierszem czwartym (

4

3

w

0

0

0

0

22

127

22

127

0

0

53

9

22

0

22

36

22

14

0

1

 

3

127

22

w

 

0

0

0

0

1

1

0

0

53

9

22

0

22

36

22

14

0

1

 

3

1

22

14

w

w

 

3

2

)

9

(

w

w

 

0

0

0

0

1

1

0

0

)

1

(

)

9

(

53

1

)

9

(

9

22

0

)

1

(

22

14

22

36

1

22

14

22

14

0

1

=

0

0

0

0

1

1

0

0

44

0

22

0

1

0

0

1

 

 

 

 

 

background image

 

 

2

22

1

w

 

0

0

0

0

1

1

0

0

2

0

1

0

1

0

0

1

 

 

Uzyskana macierz z podzia

ùem na bloki ma postaã:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Z postaci otrzymanej macierzy podajemy rozwi

¹zanie 

1

2

1

z

y

x

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 7 

Rozwi

¹zaã ukùad ró

wna

ñ

 

1

2

3

11

3

4

13

3

2

z

y

x

z

y

x

z

y

x

 . 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu ma postaã

 

1

11

13

1

2

3

3

1

4

3

2

1

U

Wykonujemy operacje: 

1

2

)

4

(

w

w

 

1

3

w

w

 

)

13

(

3

1

)

13

(

4

11

13

)

3

(

3

1

2

3

2

1

3

3

)

3

(

4

3

2

4

1

1

4

4

3

2

1

 

 

 

0

1

2

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

 

 

Macierz 
jednostkowa 

Macierz zerowa 

Macierz D 

background image

 

 

=

40

41

13

8

8

0

9

7

0

3

2

1

 

3

8

1

w

 

)

40

(

8

1

41

13

)

8

(

8

1

8

8

1

0

9

7

0

3

2

1

5

41

13

1

1

0

9

7

0

3

2

1

 

 

3

2

w

 

41

5

13

9

7

0

1

1

0

3

2

1

 

2

1

2

1

2

)

2

(

w

w

w

w

 

1

3

w

w

 

)

5

(

7

41

5

)

5

(

2

13

)

1

(

7

9

1

7

7

0

1

1

0

)

1

(

2

3

1

2

2

1

=

6

5

3

2

0

0

1

1

0

1

0

1

 

3

2

1

w

 

3

5

3

1

0

0

1

1

0

1

0

1

 

3

1

w

 

3

2

w

 

3

3

5

3

3

1

0

0

1

1

1

0

1

1

0

1

=

3

2

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

 

Otrzymana macierz z podzia

ùem na bloki ma postaã:

 

 

 

 

3

2

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

 

Macierz 
jednostkowa 

Macierz D 

background image

 

 

Z postaci otrzymanej macierzy podajemy rozwi¹zanie ukùadu równañ 

3

2

0

z

y

x

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 8 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

3

2

2

3

4

5

7

1

2

3

z

y

x

z

y

x

z

y

x

 . 

 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu ma postaã 

3

3

1

1

2

2

4

5

7

2

3

1

U

Wykonujemy operacje: 

1

2

1

2

7

)

7

(

w

w

w

w

 

1

3

1

3

2

)

2

(

w

w

w

w

 

1

2

3

1

7

3

1

2

2

1

)

3

(

2

2

2

7

4

)

3

(

7

5

2

3

1

1

2

2

1

7

7

=

1

4

1

5

8

10

16

2

3

1

0

0

 

Zauwa

¿my,  ¿e  gdy  wykonamy  operacjê 

2

3

2

1

w

    oka

¿e  siê,  ¿e  rozwi¹zywany 

uk

ùad równañ jest sprzeczny i nie wykonujemy ju¿ wtedy dalszych operacji.

 

)

4

(

2

1

1

4

1

)

10

(

2

1

5

0

10

16

0

2

3

1

16

2

1

8

=

3

4

1

0

0

10

16

0

2

3

1

0

 

Zapiszmy uk

ùad równañ wynikaj¹cy z postaci uzyskanej macierzy

 


3

0

4

10

16

1

2

3

z

y

z

y

x

 

St

¹d u

k

ùad równañ jest sprzeczny

.......................................................................................... 

 

 

 

 

 

 

Sprzecznoœã 

background image

 

 

PRZYK£AD 9 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

2

2

3

5

8

4

1

6

3

2

z

y

x

z

y

x

z

y

x

 . 

 

 

Rozwi

¹zanie

 

Przestawmy r

ównanie pierwsze z drugim

, tzn. 

2

2

3

1

6

3

2

5

8

4

z

y

x

z

y

x

z

y

x

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu ma postaã

 

2

1

5

2

1

3

6

3

2

8

4

1

U

.  

Wykonujemy operacje: 

1

2

w

w

 

1

3

)

3

(

w

w

 

5

)

3

(

2

5

2

1

5

8

)

3

(

2

4

)

3

(

1

8

2

6

4

2

3

8

4

1

1

3)

(

3

1

2

2

=

13

11

5

26

13

22

11

8

4

1

0

0

 

2

11

1

w

 

3

13

1

w

 

1

1

5

2

1

0

2

1

0

8

4

1

 

2

3

w

 

0

1

5

0

0

2

1

0

8

4

1

0

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

 

W uzyskanej macierzy mo

¿na wyró¿niã nastêpuj¹ce bloki: 

 

 

 

 

0

1

5

0

2

8

0

0

1

0

4

1

 

 

W trzeciej kolumnie tej macierzy znajduj

¹ siê wspóùczynniki przy niewiadomej z

. Jak 

wida

ã  nie  znalazùy  siê  one  w  macierzy  trójk¹tnej  dlatego  z  bêdzie  przeniesione  na 

praw

¹ stronê równañ, bêdzie wiêc parametrem wystêpuj¹cym w rozwi¹za

niu. 

Uk

ùad równañ odpowiadaj¹cy tej macierzy ma postaã

 

1

2

5

8

4

z

y

z

y

x

Po prostych przekszta

ùceniach otrzymujemy

 

1

2

5

8

)

1

2

(

4

z

y

z

z

x

 

sk

¹d 

1

2

1

z

y

x

 , 

R

 

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 10 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

0

4

2

9

2

3

4

5

3

z

y

x

z

y

x

z

y

x

 . 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

  tego uk

ùadu ma postaã

 

0

9

4

4

1

2

1

2

3

5

3

1

U

Wykonujemy operacje: 

1

2

)

3

(

w

w

 

1

3

)

2

(

w

w

 

)

4

(

)

2

(

0

)

4

(

)

3

(

9

4

)

5

(

)

2

(

4

3

)

2

(

1

1

)

2

(

2

)

5

(

)

3

(

1

3

)

3

(

2

1

)

3

(

3

5

3

1

=

8

21

4

14

7

0

14

7

0

5

3

1

 

 

 

 

 

Macierz 
trójk¹tna

 

Macierze 
zerowe 

Macierz 

*

 

Macierz 

*

D

 

background image

 

 

2

3

)

1

(

w

w

  

21

)

1

(

8

21

4

14

)

1

(

14

)

7

(

)

1

(

7

0

14

7

0

5

3

1

=

13

21

4

0

0

0

14

7

0

5

3

1

 

Otrzymana macierz z wyodr

êbnionymi blokami ma postaã:

 

 

 

 

13

21

4

0

14

5

0

0

7

0

3

1

 

 

Z postaci tej macierzy wida

ã, ¿e ukùad równañ jest sprzec

zny. 

Sprzeczno

œã  widaã  wyraênie  gdy  zapiszemy  ukùad  równañ  odpowiadaj¹cy 

otrzymanej macierzy: 


13

0

21

14

4

4

5

3

z

y

z

y

x

 

St

¹d u

k

ùad równañ jest sprzeczny

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 11 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

1

3

3

2

0

2

z

y

x

z

y

x

z

y

x

 . 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

  tego uk

ùadu ma postaã 

1

3

0

1

1

3

1

1

2

2

1

1

U

Za  pomoc

¹  operacji  elementarnych  przeksztaùcimy  macierz  U

  do  postaci

*

E

 

podobnej  do 

E

  gdzie  zamiast  macierzy  jednostkowej  jest  macierz  tr

ójk¹tna

a nast

êpnie dokoñczymy obliczenia metod¹ podstawiania.

 

 

 

 

 

 

Macierz 
trójk¹tna

 

Macierze 
zerowe 

Macierz 

*

 

Macierz 
trójk¹tna 

Macierz 

*

 

Sprzecznoœã 

background image

 

 

1

2

)

2

(

w

w

 

1

3

)

3

(

w

w

 

0

)

3

(

1

0

)

2

(

3

0

)

2

(

)

3

(

1

1

)

3

(

1

)

2

(

)

2

(

1

1

)

2

(

1

2

1

1

1

3)

(

3

1

2)

(

2

=

1

3

0

5

2

5

1

2

1

1

0

0

 

2

3

)

2

(

w

w

 

3

)

2

(

1

3

0

5

)

2

(

5

0

5

1

0

2

1

1

1)

(

2)

(

2

=

5

3

0

5

0

5

1

0

2

1

1

0

 

W otrzymanej macierzy zamiast macierzy jednostkowej jest macierz tr

ójk¹tna:

 

5

3

0

5

0

0

5

1

0

2

1

1

 

Zapiszmy uk

ùad równañ odpowiadaj¹cy tej macierzy

5

5

3

5

0

2

z

z

y

z

y

x

Z ostatniego r

ównania wyliczymy z

 i podstawimy do pierwszego i drugiego r

ównania:

 

1

3

1

5

0

1

2

z

y

y

x

 

Z  drugiego  r

ównania  wyliczymy  y

  i  podstawimy  do  pierwszego  co  daje  nam 

rozwi

¹zanie 

1

2

0

z

y

x

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 12 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

5

3

2

15

6

3

5

2

t

z

y

x

t

z

y

x

t

z

y

x

 . 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

  tego uk

ùadu ma postaã 

5

15

5

3

1

1

1

2

1

1

6

3

1

2

1

U

Wykonujemy kolejno operacje:

1

2

)

3

(

w

w

1

3

w

 

 

Macierz 
trójk¹tna

 

Macierz 

*

D

 

background image

 

 

  x      z      y        t   

)

5

(

)

5

(

5

)

3

(

15

5

1

3

1

)

3

(

1

1

)

1

(

1

)

2

(

2

)

1

(

)

3

(

1

)

2

(

)

3

(

6

1

2

1

1

1

1

3)

(

3

=

0

0

5

4

4

1

2

0

2

0

1

2

1

0

0

 

Zauwa

¿my,  ¿e  pierwsza,  druga  i  trzecia  kolumna  tworz¹  wprawdzie  macierz 

tr

ójk¹tn¹ ale w rozwi¹zywaniu ukùadu równañ metod¹ Gaussa niedopuszczalna jest 

macierz tr

ójk¹tna  z  zerem na gùównej przek¹tnej.

 

Przestawimy zatem kolumny drug

¹ i tr

zeci

¹ (symbolicznie: 

3

2

k

)  

pami

êtaj¹c  o  tym,  ¿e  w  kolumnie  drugiej  s¹  wspóùczynniki  przy  niewiadomej  y

,  

a w kolumnie trzeciej wsp

óùczynniki przy niewiadomej z

 

0

0

5

4

4

1

0

2

0

0

2

0

2

1

1

 

1

3

w

 

 

0

0

5

)

4

(

4

4

1

0

0

0

2

0

2

1

1

2

2

=

0

0

5

0

4

1

0

0

0

2

0

2

1

1

0

 

Otrzymana macierz z podzia

ùem 

na bloki ma posta

ã:

 

 

 

 

 

0

0

5

0

0

4

0

1

2

0

0

2

0

1

1

 

 

 

Wsp

óùczynniki  przy  niewiadomych  y

  oraz 

t

  nie  znalaz

ùy  siê  w  macierzy  trójk¹tnej, 

zatem 

y

 oraz

 t

 b

êd¹ parametrami wystêpuj¹cymi w rozwi¹

zaniu.  

Mo

¿na  oczywiœcie  przestawiã  kolumny  drug¹  i  czwart¹,  wtedy  to  y

  i 

z

  b

êd¹ 

parametrami  w  rozwi

¹zaniu.  Pozostañmy  jednak  przy  ustalonej  powy¿ej  macierzy 

tr

ójk¹tnej.

  

x      z       y       t 

x        z          y           t 

x      z       y       t 

Macierz 
trójk¹tna 

Macierze 
zerowe 

Macierz

*

 

Macierz 

*

D

 

background image

 

 

Z przekszta

ùconej macierzy rozszerzonej podajemy ukùad równañ

t

z

t

y

z

x

4

2

5

2

Po wyliczeniu 

z

 w drugim r

ównaniu i podstawieniu do pierwszego otrzymujemy

 

t

z

t

y

t

x

2

5

2

2

 

Stad 

t

z

t

y

x

2

5

2

 

R

t

,

R

y

.  

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 13 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ 

3

5

4

3

4

10

7

4

2

4

3

2

1

3

2

z

y

x

z

y

x

z

y

x

z

y

x

.  

 

 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu ma postaã 

3

5

4

3

4

10

7

4

2

4

3

2

1

3

2

1

U

 

 

 

Wykonujemy kolejno operacje elementarne: 

1

2

w

w

 

1

3

1

3

4

)

4

(

w

w

w

w

 

1

4

w

w

 

Otrzymujemy: 

1

3

3

3

3

5

)

2

(

3

4

1

4

4

3

4

10

)

2

(

4

7

1

2

2

3

2

4

)

2

(

2

3

1

3

2

1

1

3

3

1

4

4

1

2

2

=

0

4

2

0

2

1

0

2

1

1

3

2

1

0

0

0

 

background image

 

 

2

3

w

 

2

4

2

4

2

)

2

(

w

w

w

w

 

0

2

2

4

0

0

2

2

0

0

2

1

0

1

3

2

1

1)

(

2

2

1)

(

1

=

0

0

0

0

0

0

0

2

1

0

1

3

2

1

0

0

 

Uzyskana macierz z podzia

ùem na bloki ma postaã:

 

 

 

 

0

0

0

1

0

0

2

3

0

0

0

0

1

0

2

1

 

 

 

Wsp

óùczynniki  przy  niewiadomej  z

  nie  znalaz

ùy  siê  w  macierzy  trójk¹tnej,  zatem  z 

b

êdzie parametrem wystêpuj¹cym w rozwi¹zaniu.

 

Z postaci otrzymanej macierzy podajemy uk

ùad równañ 

z

y

z

y

x

2

1

3

2

Po  wyliczeniu  niewiadomej 

y

  z  drugiego  r

ównania  i  wstawi

eniu  do  pierwszego 

otrzymujemy: 

z

y

z

z

x

2

1

3

)

2

(

2

 

Stad 

z

y

z

x

2

1

  

R

.......................................................................................... 

 

PRZYK£AD 14 

Rozwi

¹zaã ukùad równañ

 

4

2

4

3

3

2

4

2

5

2

3

4

6

3

2

t

z

y

x

t

z

y

x

t

z

y

x

t

z

y

x

 

 

 

 

 

Macierz 
trójk¹tna 

Macierze 
zerowe 

Macierz

 

Macierz 

D

 

background image

 

 

Rozwi

¹zanie

 

Macierz rozszerzona 

U

 tego uk

ùadu ma postaã 

4

2

4

1

3

3

1

2

4

2

5

2

3

1

4

6

3

1

2

1

U

Wykonujemy kolejno operacje elementarne: 

1

2

w

w

 

1

3

1

3

2

)

2

(

w

w

w

w

 

1

4

1

4

3

)

3

(

w

w

w

w

 

6

3

4

3

3

2

)

1

(

3

4

2

3

1

6

2

3

3

2

1

)

1

(

2

2

2

2

4

6

4

5

3

4

2

)

1

(

4

3

2

4

1

6

3

1

2

1

1

3

3

1

2

2

1

4

4

=

14

7

7

7

15

5

0

0

29

10

1

9

6

3

1

2

1

0

0

0

 

2

9

1

w

 

4

7

1

w

 

2

1

1

1

0

15

5

0

0

0

9

29

9

10

9

1

1

0

6

3

1

2

1

 

3

4

w

 

9

29

2

9

10

1

9

1

1

0

15

5

0

0

0

9

29

9

10

9

1

1

0

6

3

1

2

1

1

1

=

9

11

9

1

9

8

0

15

5

0

0

0

9

29

9

10

9

1

1

0

6

3

1

2

1

0

 

 

 

background image

 

 

Przestawmy wiersz trzeci z czwartym 

)

(

4

3

w

 

15

5

0

0

0

9

11

9

1

9

8

0

0

9

29

9

10

9

1

1

0

6

3

1

2

1

 

Dla u

ùatwienia dalszych ob

licze

ñ przeprowadêmy jeszcze trzy operacje

 

2

w

   

3

w

   

4

5

1

w

 

3

1

0

0

0

11

1

8

0

0

29

10

1

9

0

6

3

1

2

1

 

 

Otrzymana macierz z podzia

ùem 

na bloki ma posta

ã:

 

 

 

3

11

29

6

1

0

0

0

1

8

0

0

10

1

9

0

3

1

2

1

 

Uk

ùad równañ wynikaj¹cy z postaci

 tej macierzy: 

3

11

8

29

10

9

6

3

2

t

t

z

t

z

y

t

z

y

x

 

Wyliczmy 

t

 z ostatniego r

ównania i wstawmy do pozostaùych równañ

 

3

11

3

8

29

3

10

9

6

3

3

2

t

z

z

y

z

y

x

 

Z r

ównania trzeciego wyliczmy z

 i wstawmy do pierwszego i drugiego r

ównania

 

3

1

29

3

10

1

9

6

3

3

1

2

t

z

y

y

x

 

Macierz 
trójk¹tna 

Macierz D* 

background image

 

 

zatem 

3

1

0

6

3

3

1

2

t

z

y

y

x

 st

¹d mamy rozwi¹zanie 

3

1

0

2

t

z

y

x

..........................................................................................