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高斯消元法:解决线性方程组的方法

时间:2023-11-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于线性方程组AX=B,若系数矩阵A不是方阵或者A不可逆,则利用逆矩阵法无法计算出方程组的解。在这种情况下,可以用高斯消元法将线性方程组化为阶梯型方程组,该阶梯型方程组与原方程组同解。求解方程组解首先将上述线性方程组用矩阵形式表示为:AX=B。其中,将增广矩阵A|B化为行最简形,记为C,则有从而可以得到线性方程组的解。

高斯消元法:解决线性方程组的方法

对于线性方程组AX=B,若系数矩阵A不是方阵或者A不可逆,则利用逆矩阵法无法计算出方程组的解。在这种情况下,可以用高斯消元法(即初等行变换)将线性方程组化为阶梯型方程组,该阶梯型方程组与原方程组同解。

在MATLAB软件中,求解线性方程组的解之前判断方程组有无解(若r(A)=r([A,B]),则方程组有解;否则无解),然后利用将矩阵A化为行最简形(阶梯形矩阵),最后得到线性方程组的解。

【示例4.2.2】求解线性方程组

解 首先将上述线性方程组用矩阵形式表示为:AX=B。

其中,

将增广矩阵A|B化为行最简形,记为C,则有

从而可以得到线性方程组的解。

命令窗口编写MATLAB代码如下:

运行后得到输出结果为:

根据上述结果可知,rank(A)=rank([A,B])=3,所以该方程有,可将线性方程组AX=B转换为:

解,且有唯一解。利用行最简形矩阵

因而可得线性方程组的唯一解为x 1=1,x 2=2,x 3=-1。

【示例4.2.3】求解方程组

解 首先将上述线性方程组用矩阵形式表示为:AX=B。

其中,

将增广矩阵A|B化为行最简形,记为C,则有

从而可以得到线性方程组的解。

命令窗口编写MATLAB代码如下:

运行后得到输出结果为:

根据上述结果可知,r1=r2=2,但由rank(A)=rank([A,B])=2<4(未知数的个数)可知,该方程组有无数多组解。(www.xing528.com)

根据行最简形矩阵,可将线性方程组AX=B转换为:

原方程组对应的阶梯型方程组为:

则方程组的解为(x 2,x 4是自由变量)。

【示例4.2.4】求解方程组

解 首先将上述线性方程组用矩阵形式表示为:AX=B。

其中,

将增广矩阵A|B化为行最简形,记为C,则有

从而可以得到线性方程组的解。

命令窗口编写MATLAB代码如下:

运行后得到输出结果为:

根据上述结果可知,rank(A)≠rank([A,B]),所以该方程组无解。

【能力训练4.2】

1.填空题

(1)MATLAB软件中利用逆运算计算线性方程组AX=B的解的命令为________;

(2)MATLAB 软件中将矩阵转化为行最简形矩阵的命令代码为________;

(3)判断线性方程组是否有解的条件为________;

(4)MATLAB软件中生成列向量的命令代码为______;

(5)提取行最简形矩阵C的前4列所有元素的命令代码为______。

2.编写代码求解下列线性方程组:

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