所谓方程组(1)的一个解,指的是由n个数组成的有序数组(k1,k2,…,kn),当分别用k1,k2,…,kn代入方程取代x1,x2,…,xn后,方程组(1)中每个等式变为恒等式,方程组(1)的解的全体称为它的解集合.解方程组实际上就是找出它的全部解,或者说,求出它的解集合.如果两个方程组有相同的解集合,它们就称为同解的.本章第六节还会专门对线性方程组解的结构进行讨论.
在中学代数里,已经学习过用加减消元法和代入消元法解二元、三元线性方程组.
例1 求解线性方程组.
解:利用消元法解方程组
将x3=−6代入方程②和①,解得x2=−1,x1=9,即方程组的解为.
消元法实际上就是反复地对方程组进行变换,所做的变换由以下三种基本变换构成:
(1)互换两个方程的位置;
(2)方程两端同乘以k;
(3)把一个方程的k倍加到另一方程.(www.daowen.com)
可以证明,变换前后方程组的解不变,即变换前后的方程组是同解的.采用消元法求解一般线性方程组,一步一步变换下去,最终会得到一个形如式(2)的阶梯形方程组.显然,方程组(2)和方程组(1)是同解的.
根据dr+1的取值以及r与n的大小关系,可分以下几种情况讨论方程组(2)的解:
(1)如果dr+1≠0,就出现了零等于非零的矛盾情况,意味着无论x1,x2,…,xn取什么值,方程组都无解,即方程组(1)无解.
(2)如果dr+1=0,或者方程组(2)中没有0=0这种方程时,有两种可能:
① r=n.
此时,阶梯形方程组为,显然方程组有解,且有唯一解,可用回代法依次求出xn,xn−1,…,x1.
② r <n.
此时阶梯形方程组为,其中crr≠0.通过移项,将它改写为.接下来,采用回代法,用xr+1,…,xn表示出x1,x2,…,xr.显然,方程组有解,且有无穷多解.
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