- •ВЫСШАЯ МАТЕМАТИКА
- •Учебное пособие
- •Самара 2006
- •ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
- •ЭЛЕМЕНТЫ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ
- •1.1. Пусть дана квадратная таблица из 4-х элементов:
- •Операции над матрицами
- •ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
- •ВАРИАНТ 1
- •ВАРИАНТ 2
- •ВАРИАНТ 3
- •ВАРИАНТ 4
- •ВАРИАНТ 5
- •ВАРИАНТ 6
- •ВАРИАНТ 7
- •ВАРИАНТ 8
- •ВАРИАНТ 9
- •ВАРИАНТ 10
- •ВАРИАНТ 11
- •ВАРИАНТ 12
- •ВАРИАНТ 13
- •ВАРИАНТ 14
- •ВАРИАНТ 15
- •ВАРИАНТ 16
- •ВАРИАНТ 17
- •ВАРИАНТ 18
- •ВАРИАНТ 19
- •ВАРИАНТ 20
- •ВАРИАНТ 21
- •ВАРИАНТ 22
- •ВАРИАНТ 23
- •ВАРИАНТ 24
- •ВАРИАНТ 25
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
|
1 |
3 |
5 |
5 |
|
5 |
|
|
1 |
3 |
5 |
5 |
|
5 |
|
|
1 |
3 |
5 |
5 |
|
5 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
5 |
8 |
9 |
|
~ |
|
0 |
−1 |
− 2 |
−1 |
|
~ |
|
0 |
−1 |
− 2 |
−1 |
|
|||
|
|
9 |
|
|
−1 |
|
|
−1 . |
||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
4 |
|
|
0 |
−1 |
− 2 |
−1 |
|
−1 |
|
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r(A) = r(В) = 2 меньше, чем число переменных системы. Значит, система совместно-неопределенная.
Решим ее методом Гаусса. Она будет равносильна следующей системе:
|
х |
+3х |
2 |
+5х |
+5х |
4 |
= |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
1 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
х2 + 2х3 + х4 =1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Оставим в левой части две переменные. Пусть переменные |
||||||||||||||||||||
х3 и х4 свободные. Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
х2 = 1 – 2х3 – х4 ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
х1 = 5 – 3(1 − 2х3 – х4) – 5х3 – 5х4 = 2 + х3 – 2х4 . |
||||||||||||||||||||
Ответ: (2 + х3 – 2х4; |
|
1 – 2х3 – х4; |
х3 ; х4). |
|
|
|
||||||||||||||
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ |
||||||||||||||||||||
1. Вычислить определители: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
−1 |
5 |
|
; |
|
|
|
а +1 |
b −c |
|
; |
|
|
cos α |
−sin α |
|
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
2 |
13 |
|
|
|
|
а2 + а |
ab − ac |
|
|
|
sin α |
cos α |
|
2. |
Решить уравнения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
х |
2 − 4 |
−1 |
|
|
= |
0; |
|
|
|
|
cos8x −sin 5x |
|
= 0 . |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
х − 2 |
х + 2 |
|
|
|
|
|
sin 8x |
cos5x |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
3. |
Решить неравенства: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
2x − 2 1 |
|
> 5; |
|
|
|
x 3x |
|
<14 . |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
7x |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 2x |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4. |
Исследовать системы на совместность и решить их по |
||||||||||||||||||||||
формулам Крамера: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
3x −5y =13 |
; |
|
|
2x −3y |
= 6 |
|
x |
− y 3 =1 |
. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4x −6 y |
; |
|
|
|
||||||||||
|
2x + 7 y =81 |
|
|
|
= 5 |
|
|
3 −3y = 3 |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
38
|
|
|
5. Определить, при каких значениях |
а и b |
|
система уравне- |
|||||||||||||||||||||||
ний |
|
3x − ay =1 |
1) |
имеет единственное решение; |
2) |
не имеет |
|||||||||||||||||||||||
|
6x + 4 y = b |
||||||||||||||||||||||||||||
решений; |
3) |
имеет бесконечно много решений. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
6. Определить, при каком значении |
а система однородных |
|||||||||||||||||||||||||
уравнений |
13х+ 2 у = 0 |
имеет ненулевое решение. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
5х+ ау = 0 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
7. Найти решения систем по формулам Крамера: |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
3х − 2 у +5z = 0 |
|
x +3y − z = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
x + 2 y −3z = 0 ; |
|
5x −3y + z = 0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
8. Вычислить определители двумя способами (непосредст- |
||||||||||||||||||||||||||
венно и предварительно упростив): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
2 |
3 |
|
|
||||||||||||||
|
1 |
4 |
3 |
|
|
|
х |
а |
а |
|
2 |
0 |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
−1 |
−3 1 0 |
|
|
|
|
1 0 |
0 3 |
|
|
|||||||||||||||
|
3 2 −1; |
|
а х − а |
; |
|
; |
|
|
|
. |
|||||||||||||||||||
|
5 |
6 |
3 |
|
|
|
а |
а |
х |
|
3 |
0 |
4 |
1 |
|
|
|
|
6 |
3 |
1 |
−3 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
3 |
2 |
2 |
2 |
|
|
|
|
3 |
3 |
1 |
− 2 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
9. Используя только свойства определителей, показать, что |
||||||||||||||||||||||||||
следующие определители равны нулю: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
2 3 4 |
2х +3у + 4 |
|
|
|
|
1 + х 1 − х 2 4 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
5 6 7 |
5х+6 у + 7 |
|
; |
|
|
1 + х 1 − х 3 9 |
. |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
8 9 10 8х+9 у +10 |
|
|
|
|
1 + х 1 − х 4 16 |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
11 |
|
12 |
13 |
11х +12 у +13 |
|
|
|
1 + х |
1 − х |
5 |
25 |
|
|
|
|
10.Как изменится определитель n-го порядка, если его подвергнуть одному из следующих преобразований:
а) у каждого элемента изменить знак на противоположный; б) первый столбец переставить на последнее место; в) строки определителя записать в обратном порядке;
г) к каждой строке, кроме последней, прибавить последующую строку.
11.Решить системы по формулам Крамера:
x + y − z = 36x + z − y =13;y + z − x = 7
x + 2 y − 4z =12x + y −5z = −1;
x − y − z = −2
2x − y + z = −2x + 2 y +3z = −1.
x −3y − 2z = 3
39
12. Определить, при каких значениях |
а |
и b |
система урав- |
||||||||||||||||||||
3x − 2 y + z = b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
нений 5x −8y +9z = 3 |
|
1) |
имеет единственное решение; |
2) не |
|||||||||||||||||||
2x + y + az = −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
имеет решений; |
3) имеет бесконечно много решений. |
|
|||||||||||||||||||||
13. Определить, при каком значении |
а |
|
система однородных |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
3x − 2 y + z = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
уравнений |
|
ax −14 y +15z = 0 |
|
имеет ненулевое решение. |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
x + 2 y −3z = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
14. Решить системы уравнений методом Гаусса: |
|
||||||||||||||||||||||
х1 + х2 −3х3 + 2х4 = 6 |
|
|
|
х1 + х2 − 2х3 + х4 =1 |
|
||||||||||||||||||
x1 − 2x2 |
|
|
|
− x4 = −6 |
; |
x1 −3x2 + х3 + x4 = 0 |
; |
||||||||||||||||
|
|
|
|
х |
+ x |
+3х |
=16 |
|
4х |
− х − x − |
х =1 |
||||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
3 |
4 |
|
2 |
х |
|
−3х |
+ 2х |
|
|
= 6 |
|
|
|
|
4х |
+3х |
−4х |
− х = 2 |
|
|||||||
|
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
3 |
4 |
|
||
х |
|
|
+ 2х |
+ х |
+ 4х |
4 |
+ х |
|
= −4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
|
|
2 |
|
3 |
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3x1 + 2x2 + х3 + x4 −3х5 =1 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
х |
|
+ 2x + 2х |
|
+6х |
|
= −1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2 |
|
|
3 |
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
х |
|
+ 6х |
+3х |
|
+9х |
|
− |
х |
|
= −7 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
15. Дан многочлен вида |
|
|
А – 2В + А · В: |
|
|
|
|
||||||||||||||||
а) |
преобразовать его при |
В = 3Е – 4А, |
где |
Е – единичная |
|||||||||||||||||||
матрица того же порядка, что и матрица |
А, |
приведя подобные |
|||||||||||||||||||||
члены и расположив по степеням матрицы А; |
|
|
|
||||||||||||||||||||
б) |
вычислить значение полученного матричного многочлена |
||||||||||||||||||||||
|
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
при А = |
|
4 |
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
0 |
5 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
2 |
1 |
5 |
|
|
|
||||
16. Даны матрицы |
|
А = |
|
3 |
− 2 |
4 |
−3 |
|
, |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
1 |
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40
5 |
4 |
3 |
0 |
|
|
|
|
2 |
3 |
−2 |
1 |
|
. Решить уравнение 5А + 2Х − В = 0. |
В = |
|
|||||
|
1 |
0 |
2 |
4 |
|
|
|
|
|
17. Вычислить произведения матриц А В: |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
1 |
−1 |
|
|
|
|||
а) А = (1 2 −3); |
|
|
|
4 |
−1 3 |
|
; |
|
|
||||
|
В = |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
2 |
6 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
3 |
4 |
−5 |
|
|
|
3 |
|
2 |
1 |
|
||
|
|
|
4 |
|
1 |
|
|
||||||
|
1 |
2 |
−3 |
4 |
|
|
|
|
|
−1 |
|||
б) А = |
; |
|
В = |
1 |
|
3 |
2 |
. |
|||||
|
−1 |
− 2 |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
2 |
|
0 |
1 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18.Для матрицы А из задачи 15 найти обратную матрицу (выполнить проверку).
19.Доказать совместность системы и решить матричным ме-
тодом:
3х −2 у |
= −11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
4x + 2 y + 2z = −5 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
2x +5y − z = −6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
20. Вычислить ранги матриц двумя способами: |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
2 −1 |
1 |
|
−1 |
|
|
|
|
2 |
|
1 |
3 |
4 |
|
|
|
||||||
|
|
2 |
−1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
−1 |
|
|
−2 |
0 |
1 |
|
|
|
|
а) |
|
|
−3 |
; |
|
|
б) |
|
|
|
|
; |
|
|||||||||
|
3 |
0 |
− |
1 1 |
|
|
|
|
4 |
|
|
2 |
6 |
8 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
2 |
2 |
− |
2 5 |
|
|
|
|
|
|
− 2 |
|
−4 |
0 |
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1 |
2 |
−1 |
4 |
|
3 |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
в) |
|
4 3 −2 −1 |
; |
|
г) |
|
2 4 |
6 |
8 |
|
|
; |
||||||||||
|
0 |
0 |
5 |
|
−3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
6 |
9 |
12 |
|
|
|||||||
|
|
1 |
2 |
−11 |
17 |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
1 |
−1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
д) |
|
2 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41
21. С помощью теоремы Кронекера-Капелли исследовать
системы на совместность: |
|
|
|
4х1 + 2х2 +3х3 = −2 |
|
х + у − z = 3 |
|
2x1 +8x2 − x3 =8 |
; |
x + y + z =1 . |
|
9х1 + x2 +8x3 = 0 |
|
x + y = 2 |
|
|
|
2х+3у + 2z = 9 |
|
22. Исследовать систему |
x + 2 y −3z =14 |
на совместность |
|
|
|
3x + 4 y + z =16 |
|
и решить тремя способами (по формулам Крамера, методом Гаусса, матричным методом.
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ПО РАЗДЕЛУ "ЭЛЕМЕНТЫ ЛИНЕЙНОЙ АЛГЕБРЫ"
В последние десятилетия жизнь выдвинула на первый план проблемы производства, планирования, автоматизации промышленности и управления ее отраслями. Вопросы управления тесно связаны с переработкой большого количества информационных массивов, которые удобно записываются в виде матриц и обрабатываются на ЭВМ. Матрицы, определители, системы линейных алгебраических уравнений составляют основу методов решения задач оптимизации, условных экстремальных задач и многих вычислительных алгоритмов, используемых в программировании. Первый раздел высшей математики, изучаемый в техническом вузе − "Элементы линейной алгебры". Для него составлено индивидуальное домашнее задание, которое помогает определить уровень компетентности студентов по данному разделу. При выполнении индивидуального задания необходимо изучить теоретический материал по данному учебному пособию или по библиографическому списку и ответить на контрольные вопросы.
1.Определители и их свойства.
2.Способы вычисления определителей.
3.Применение теории определителей к исследованию и решению систем линейных алгебраических уравнений. Формулы Крамера.
42