解線性方程組是線性代數(shù)的復(fù)習(xí)重點(diǎn),高斯消元法是最基礎(chǔ)和最直接的求解線性方程組的方法,2017考生必須要掌握,下面我們就具體來談?wù)劊【幇褦?shù)學(xué)基礎(chǔ)打好。
線性方程組的三種形式包括原始形式、矩陣形式、向量形式,高斯消元法是最基礎(chǔ)和最直接的求解線性方程組的方法,其中涉及到三種對(duì)方程的同解變換:
(1)把某個(gè)方程的k倍加到另外一個(gè)方程上去;
(2)交換某兩個(gè)方程的位置;
(3)用某個(gè)常數(shù)k乘以某個(gè)方程。我們把這三種變換統(tǒng)稱為線性方程組的初等變換。
因此在求解線性方程組時(shí)只需對(duì)系數(shù)矩陣和增廣矩陣進(jìn)行初等變換。
高斯消元法中對(duì)線性方程組的初等變換,就對(duì)應(yīng)的是矩陣的初等行變換。階梯形方程組,對(duì)應(yīng)的是階梯形矩陣。換言之,任意的線性方程組,都可以通過對(duì)其增廣矩陣做初等行變換化為階梯形矩陣,求得解。
階梯形矩陣的特點(diǎn):左下方的元素全為零,每一行的第一個(gè)不為零的元素稱為該行的主元。對(duì)不同的線性方程組的具體求解結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)(有唯一解、無解、有無窮多解),再經(jīng)過嚴(yán)格證明,可得到關(guān)于線性方程組解的判別定理:首先是通過初等變換將方程組化為階梯形,若得到的階梯形方程組中出現(xiàn)0=d這一項(xiàng),則方程組無解,若未出現(xiàn)0=d一項(xiàng),則方程組有解;在方程組有解的情況下,若階梯形的非零行數(shù)目r等于未知量數(shù)目n,方程組有唯一解,若r
在利用初等變換得到階梯型后,還可進(jìn)一步得到最簡(jiǎn)形,使用最簡(jiǎn)形,最簡(jiǎn)形的特點(diǎn)是主元上方的元素也全為零,這對(duì)于求解未知量的值更加方便,但代價(jià)是之前需要經(jīng)過更多的初等變換。在求解過程中,選擇階梯形還是最簡(jiǎn)形,取決于個(gè)人習(xí)慣。
常數(shù)項(xiàng)全為零的線性方程稱為齊次方程組,齊次方程組必有零解。齊次方程組的方程組個(gè)數(shù)若小于未知量個(gè)數(shù),則方程組一定有非零解。利用高斯消元法和解的判別定理,以及能夠回答前述的基本問題(1)解的存在性問題和(2)如何求解的問題,利用高斯消元法和解的判別定理,以及能夠回答前述的基本問題(1)解的存在性問題和(2)如何求解的問題,這是以線性方程組為出發(fā)點(diǎn)建立起來的最基本理論。
對(duì)于n個(gè)方程n個(gè)未知數(shù)的特殊情形,我們發(fā)現(xiàn)可以利用系數(shù)的某種組合來表示其解,這種按特定規(guī)則表示的系數(shù)組合稱為一個(gè)線性方程組(或矩陣)的行列式。行列式的特點(diǎn):有n!項(xiàng),每項(xiàng)的符號(hào)由角標(biāo)排列的逆序數(shù)決定,是一個(gè)數(shù)。
通過對(duì)行列式進(jìn)行研究,得到了行列式具有的一些性質(zhì)(如交換某兩行其值反號(hào)、有兩行對(duì)應(yīng)成比例其值為零、可按行展開等等),這些性質(zhì)都有助于我們更方便的計(jì)算行列式。
用系數(shù)行列式可以判斷n個(gè)方程的n元線性方程組的解的情況,這就是克萊姆法則。
總而言之,可把行列式看作是為了研究方程數(shù)目與未知量數(shù)目相等的特殊情形時(shí)引出的一部分內(nèi)容。