克莱姆法则(Cramer's Rule)
克萊姆法則(由線性方程組的系數確定方程組解的表達式)是線性代數中一個關于求解線性方程組的定理,它適用于變量和方程數目相等的線性方程組。
概念
含有n個未知數的線性方程組稱為n元線性方程組。
1)當其右端的常數項b1,b2,…,bn不全為零時,稱為非齊次線性方程組:
其中,A是線性方程組的系數矩陣,X是由未知數組成的列向量,β是由常數項組成的列向量。
非齊次線性方程組的矩陣形式:
2)當常數項全為零時,稱為齊次線性方程組,即:
其矩陣形式:
3)系數構成的行列式稱為該方程組的系數行列式D,即
定理
記法1:若線性方程組的系數矩陣A可逆(非奇異),即系數行列式 D≠0。有唯一解,其解為
記法2:若線性方程組的系數矩陣A可逆(非奇異),即系數行列式 D≠0,則線性方程組有唯一解,其解為
其中Dj是把D中第j列元素對應地換成常數項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是將解分別寫成數字,本質相同。
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行列式不等于零,系數矩陣可逆(矩陣可逆=矩陣非奇異=矩陣對應的行列式不為0=滿秩=行列向量線性無關);
2)n元齊次線性方程組有非零解的充要條件是系數行列式等于零。
法則總結
1.克萊姆法則的重要理論價值:
1)研究了方程組的系數與方程組解的存在性與唯一性關系;
2)與其在計算方面的作用相比,克萊姆法則更具有重大的理論價值。(一般沒有計算價值,計算量較大,復雜度太高)
2.應用克萊姆法則判斷具有N個方程、N個未知數的線性方程組的解:
1)當方程組的系數行列式不等于零時,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不同的解,那么方程組的系數行列式必定等于零;
3)克萊姆法則不僅僅適用于實數域,它在任何域上面都可以成立。
3.克萊姆法則的局限性:
1)當方程組的方程個數與未知數的個數不一致時,或者當方程組系數的行列式等于零時,克萊姆法則失效;
2)運算量較大,求解一個N階線性方程組要計算N+1個N階行列式。
總結
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