克莱姆法则(Cramer's Rule)
克萊姆法則(由線性方程組的系數(shù)確定方程組解的表達(dá)式)是線性代數(shù)中一個(gè)關(guān)于求解線性方程組的定理,它適用于變量和方程數(shù)目相等的線性方程組。
概念
含有n個(gè)未知數(shù)的線性方程組稱為n元線性方程組。
1)當(dāng)其右端的常數(shù)項(xiàng)b1,b2,…,bn不全為零時(shí),稱為非齊次線性方程組:
其中,A是線性方程組的系數(shù)矩陣,X是由未知數(shù)組成的列向量,β是由常數(shù)項(xiàng)組成的列向量。
非齊次線性方程組的矩陣形式:
2)當(dāng)常數(shù)項(xiàng)全為零時(shí),稱為齊次線性方程組,即:
其矩陣形式:
3)系數(shù)構(gòu)成的行列式稱為該方程組的系數(shù)行列式D,即
定理
記法1:若線性方程組的系數(shù)矩陣A可逆(非奇異),即系數(shù)行列式 D≠0。有唯一解,其解為
記法2:若線性方程組的系數(shù)矩陣A可逆(非奇異),即系數(shù)行列式 D≠0,則線性方程組有唯一解,其解為
其中Dj是把D中第j列元素對應(yīng)地?fù)Q成常數(shù)項(xiàng)而其余各列保持不變所得到的行列式,即
記法1是將解寫成矩陣(列向量)形式,而記法2是將解分別寫成數(shù)字,本質(zhì)相同。
推論
1)n元齊次線性方程組有唯一零解的充要條件是系數(shù)行列式不等于零,系數(shù)矩陣可逆(矩陣可逆=矩陣非奇異=矩陣對應(yīng)的行列式不為0=滿秩=行列向量線性無關(guān));
2)n元齊次線性方程組有非零解的充要條件是系數(shù)行列式等于零。
法則總結(jié)
1.克萊姆法則的重要理論價(jià)值:
1)研究了方程組的系數(shù)與方程組解的存在性與唯一性關(guān)系;
2)與其在計(jì)算方面的作用相比,克萊姆法則更具有重大的理論價(jià)值。(一般沒有計(jì)算價(jià)值,計(jì)算量較大,復(fù)雜度太高)
2.應(yīng)用克萊姆法則判斷具有N個(gè)方程、N個(gè)未知數(shù)的線性方程組的解:
1)當(dāng)方程組的系數(shù)行列式不等于零時(shí),則方程組有解,且具有唯一的解;
2)如果方程組無解或者有兩個(gè)不同的解,那么方程組的系數(shù)行列式必定等于零;
3)克萊姆法則不僅僅適用于實(shí)數(shù)域,它在任何域上面都可以成立。
3.克萊姆法則的局限性:
1)當(dāng)方程組的方程個(gè)數(shù)與未知數(shù)的個(gè)數(shù)不一致時(shí),或者當(dāng)方程組系數(shù)的行列式等于零時(shí),克萊姆法則失效;
2)運(yùn)算量較大,求解一個(gè)N階線性方程組要計(jì)算N+1個(gè)N階行列式。
總結(jié)
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