Lineære ligningssystem; Gauss-eliminasjon, Redusert echelonmatrise

Like dokumenter
Lineære ligningssystem og matriser

Lineære ligningssystemer. Forelesning, TMA4110 Torsdag 17/9. Lineære ligningssystemer (forts.) Eksempler

Inverse matriser. E.Malinnikova, NTNU, Institutt for matematiske fag. September, 2009

Gauss-Jordan eliminasjon; redusert echelonform. Forelesning, TMA4110 Fredag 18/9. Reduserte echelonmatriser. Reduserte echelonmatriser (forts.

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

Homogene lineære ligningssystem, Matriseoperasjoner

Lineære ligningssystemer og gausseliminasjon

(3/2)R 2+R 3 R 1 +R 2,( 2)R 1 +R 3 ( 2)R 1 +R 4 6/5R 3 +R 4 1/5R 3

Elementær Matriseteori

Determinanter til 2 2 og 3 3 matriser

Basis, koordinatsystem og dimensjon

Lineære likningssystemer og matriser

Regneregler for determinanter

Forelesning i Matte 3

MAT1120 Repetisjon Kap. 1

Lineær algebra-oppsummering

Lineære likningssett.

Matriser. Kapittel 4. Definisjoner og notasjon

Matriseoperasjoner. E.Malinnikova, NTNU, Institutt for matematiske fag. September 22, 2009

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

TMA4122/TMA4130 Matematikk 4M/4N Høsten 2010

Forelesning 22 MA0003, Mandag 5/ Invertible matriser Lay: 2.2

4 Matriser TMA4110 høsten 2018

tma4110 Matematikk 3 Notater høsten 2018 Øystein Skartsæterhagen Morten Andreas Nome Paul Trygsland

y(x) = C 1 e 3x + C 2 xe 3x.

Rang og Vektorrom. Magnus B. Botnan NTNU. 4. august, 2015

MAT1120 Repetisjon Kap. 1, 2 og 3

Vær OBS på at svarene på mange av oppgavene kan skrives på flere ulike måter!

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

EKSAMEN I MATEMATIKK 3 (TMA4110)

1. Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A = 2 1 A =

Lineær Algebra og Vektorrom. Eivind Eriksen. Høgskolen i Oslo, Avdeling for Ingeniørutdanning

EKSAMEN I TMA4110 MATEMATIKK 3 Bokmål Mandag 6. juni 2011 løsningsforslag

Hvorfor er lineær algebra viktig? Linear

Lineær uavhengighet og basis

John Haugan. Matematikk for ingeniørstudenter: Lineær algebra

LO510D Lin.Alg. m/graf. anv. Våren 2005

1 Gauss-Jordan metode

Eksamensoppgave i MA1201 Lineær algebra og geometri

MA1201, , Kandidatnummer:... Side 1 av 5. x =.

Repetisjon: Om avsn og kap. 3 i Lay

Gauss-eliminasjon og matrisemultiplikasjon

10 Radrommet, kolonnerommet og nullrommet

Øving 3 Determinanter

Obligatorisk innleveringsoppgave, løsning Lineær algebra, Våren 2006

Vektorrom. Kapittel 7. Hva kan vi gjøre med vektorer?

Oppgave 1 (25 %) - Flervalgsoppgaver

RF5100 Lineær algebra Leksjon 2

Vektorligninger. Kapittel 3. Vektorregning

EKSAMEN I MA1202 LINEÆR ALGEBRA MED ANVENDELSER

Løsningsforslag, eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

Mer om kvadratiske matriser

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2013

Repetisjon: om avsn og kap. 3 i Lay

Mer om kvadratiske matriser

1. (a) Finn egenverdiene og egenvektorene til matrisen A =

TMA4110 Eksamen høsten 2018 EKSEMPEL 1 Løsning Side 1 av 8. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer: x 1 7x 4 = 0

Eksamensoppgave MAT juni 2010 (med løsningsforslag)

Ma Linær Algebra og Geometri Øving 1

MAT-1004 Vårsemester 2017 Obligatorisk øving 2

6 Determinanter TMA4110 høsten 2018

Avdeling for lærerutdanning. Lineær algebra. for allmennlærerutdanningen. Inger Christin Borge

Lineær algebra. Kurskompendium, Utøya, MAT1000. Inger Christin Borge

MET Matematikk for siviløkonomer

Minste kvadraters løsning, Symmetriske matriser

Oppgave P. = 2/x + C 6 P. + C 6 P. d) 12(1 x) 5 dx = 12u 5 1/( 1) du = 2u 6 + C = 2(1 x) 6 + C 6 P. Oppgave P.

Løsningsforslag for eksamen i Matematikk 3 - TMA4115

8 Vektorrom TMA4110 høsten 2018

Løsning Eksamensrelevante oppgaver i ELE 3719 Matematikk Vektorer, matriser og lineær algebra Dato Februar Oppgave 1. (A) Vi leser av at

Obligatorisk innlevering 3 - MA 109, Fasit

SIF5010 Matematikk 3. y 00, 2y 0 +5y = sin x 4A, 2B =0 4B +2A =1;

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Lineær algebra. H. Fausk i=1 a ix i. Her har vi oppgitt hva ledd nummer i skal være og hvilke indekser i vi summerer over.

x 1 x 2 x = x n b 1 b 2 b = b m Det kan være vanskelig (beregningsmessig) og bearbeide utrykk som inneholder

MA2501 Numeriske metoder

MA2501 Numeriske metoder

EKSAMEN. 1 Om eksamen. EMNE: MA2610 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Trond Stølen Gustavsen. Klasser: (div) Dato: 24. mai 2004 Eksamenstid:

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2016

Eksamen i ELE Matematikk valgfag Torsdag 18. mai Oppgave 1

Norges teknisk naturvitenskapelige universitet Institutt for matematiske fag Side 1 av 7 L SNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I SIF5009 MATEMATIKK 3 Bokmål Man

Forelesning 10 Cramers regel med anvendelser

MET Matematikk for siviløkonomer

Klara Hveberg, 26 sylen under pivot-elementet, ma vi na bare trekke (3; 2)=(2; 2) = 8=2 = 4 ganger andre rad fra tredje rad >> k=(3,2)/(2,2); >> (3,:)

Til enhver m n matrise A kan vi knytte et tall, rangen til A, som gir viktig informasjon.

Egenverdier og egenvektorer

Løsningsforslag til eksamen i MA0002, Brukerkurs i matematikk B

EKSAMEN. 1 Om eksamen. EMNE: MA-109 FAGLÆRER: Svein Olav Nyberg, Turid Knutsen, Øystein Alvik

MA1201 Lineær algebra og geometri Løsningsforslag for eksamen gitt 3. desember 2007

TMA4110 Matematikk 3 Eksamen høsten 2018 Løsning Side 1 av 9. Løsningsforslag. Vi setter opp totalmatrisen og gausseliminerer:

Ma Linær Algebra og Geometri Øving 5

Universitetet i Agder Fakultetet for teknologi og realfag Institutt for matematiske fag. Eksamen MA desember Lykke til!

MAT 1110: Bruk av redusert trappeform

Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

MAT-1004 Vårsemester 2017 Prøveeksamen

Lineær algebra. H. Fausk i=1 a ix i. Her har vi oppgitt hva ledd nummer i skal være og hvilke indekser i vi summerer over.

MAT Vår Oblig 1. Innleveringsfrist: Fredag 19.februar kl. 1430

LP. Leksjon 1. Kapittel 1 og 2: eksempel og simpleksmetoden

MAT1120 Oppgaver til plenumsregningen torsdag 18/9

6.4 (og 6.7) Gram-Schmidt prosessen

Transkript:

Lineære ligningssystem; Gauss-eliminasjon, Redusert echelonmatrise E.Malinnikova, NTNU, Institutt for matematiske fag 19. september 2011

Lineære ligningssystem Vi har et ligningssystem av m ligninger med n ukjente x 1,..., x n som kan skrives: a 11 x 1 + a 12 x 2 +... + a 1n x n = b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 +... + a 2n x n = b 2...... a m1 x 1 + a m2 x 2 +... + a mn x n = b m Vi vil finne alle løsninger (x 1,..., x n ). Ligningssystemet sies å være konsistent hvis det har minst én løsning og inkonsistent hvis det ikke har noen løsninger.

Eksempler Eksempel 1. Vi vil løse systemet: x 1 + 2x 2 = 5 2x 1 + 3x 2 = 4

Eksempler Eksempel 1. Vi vil løse systemet: Det er ekvivalent med systemet x 1 + 2x 2 = 5 2x 1 + 3x 2 = 4 + 2

Eksempler Eksempel 1. Vi vil løse systemet: Det er ekvivalent med systemet x 1 + 2x 2 = 5 2x 1 + 3x 2 = 4 + 2 x 1 + 2x 2 = 5 7x 2 = 14

Eksempler Eksempel 1. Vi vil løse systemet: Det er ekvivalent med systemet x 1 + 2x 2 = 5 2x 1 + 3x 2 = 4 + 2 x 1 + 2x 2 = 5 7x 2 = 14 Fra den nederste ligningen har vi x 2 = 2.

Eksempler Eksempel 1. Vi vil løse systemet: Det er ekvivalent med systemet x 1 + 2x 2 = 5 2x 1 + 3x 2 = 4 + 2 x 1 + 2x 2 = 5 7x 2 = 14 Fra den nederste ligningen har vi x 2 = 2. Så gir den første ligningen x 1 = 2x 2 5 = 4 5 = 1.

Eksempler Eksempel 1. Vi vil løse systemet: Det er ekvivalent med systemet x 1 + 2x 2 = 5 2x 1 + 3x 2 = 4 + 2 x 1 + 2x 2 = 5 7x 2 = 14 Fra den nederste ligningen har vi x 2 = 2. Så gir den første ligningen x 1 = 2x 2 5 = 4 5 = 1. Svar: x 1 = 2, x 2 = 1.

Eksempler Eksempel 2. 2x 1 x 2 + x 3 = 5 3x 1 + 2x 2 3x 3 = 4

Eksempler Eksempel 2. Eksempel 3. 2x 1 x 2 + x 3 = 5 3x 1 + 2x 2 3x 3 = 4 2x 1 x 2 = 5 4x 1 + 2x 2 = 4

Matriser Koeffisientmatrisen til ligningssystemet og høyresidevektoren er a 11 a 12... a 1n b 1 A = a 21 a 22... a 2n............, b = b 2.... a m1 a m2... a mn b m Totalmatrisen til ligningssystemet er [A b] = a 11 a 12... a 1n b 1 a 21 a 22... a 2n b 2............... a m1 a m2... a mn b m

Gausseliminasjon Vi løser ligningssystemet ved å omforme totalmatrisen til en enkel matrise ved hjelp av radoperasjoner.

Gausseliminasjon Vi løser ligningssystemet ved å omforme totalmatrisen til en enkel matrise ved hjelp av radoperasjoner. Løsninger til ligningssystemet blir ikke forandret ved radoperasjoner!

Gausseliminasjon Vi løser ligningssystemet ved å omforme totalmatrisen til en enkel matrise ved hjelp av radoperasjoner. Løsninger til ligningssystemet blir ikke forandret ved radoperasjoner! Hva er radoperasjoner?

Gausseliminasjon Vi løser ligningssystemet ved å omforme totalmatrisen til en enkel matrise ved hjelp av radoperasjoner. Løsninger til ligningssystemet blir ikke forandret ved radoperasjoner! Hva er radoperasjoner? Hva mener vi med en enkel matrise?

Elementære radoperasjoner i en matrise 1. Addere et multiplum av en rad til en annen rad (R j + cr k )

Elementære radoperasjoner i en matrise 1. Addere et multiplum av en rad til en annen rad (R j + cr k ) 2. Bytte om to rader (SWAP(R j, R k ) / R j R k )

Elementære radoperasjoner i en matrise 1. Addere et multiplum av en rad til en annen rad (R j + cr k ) 2. Bytte om to rader (SWAP(R j, R k ) / R j R k ) 3. Multiplisere en rad med konstant c 0 (cr j )

Elementære radoperasjoner i en matrise 1. Addere et multiplum av en rad til en annen rad (R j + cr k ) 2. Bytte om to rader (SWAP(R j, R k ) / R j R k ) 3. Multiplisere en rad med konstant c 0 (cr j ) Radekvivalente matriser To matriser kalles radekvivalente hvis en kan omformes til andre ved hjelp av elementære radoperasjoner.

Elementære radoperasjoner i en matrise 1. Addere et multiplum av en rad til en annen rad (R j + cr k ) 2. Bytte om to rader (SWAP(R j, R k ) / R j R k ) 3. Multiplisere en rad med konstant c 0 (cr j ) Radekvivalente matriser To matriser kalles radekvivalente hvis en kan omformes til andre ved hjelp av elementære radoperasjoner. Teorem Dersom to ligningssystem har radekvivalente totalmatriser, så har ligningssystemene samme løsninger.

Echelonmatrise Første element i en rad som ikke er null kalles lederelementet.

Echelonmatrise Første element i en rad som ikke er null kalles lederelementet. En matrise kalles echelonmatrise hvis 1. Eventuelle nullrader står nederst. 2. Lederelementet i hver ikkenullrad står til høyre for lederelementer i raden over.

Echelonmatrise Første element i en rad som ikke er null kalles lederelementet. En matrise kalles echelonmatrise hvis 1. Eventuelle nullrader står nederst. 2. Lederelementet i hver ikkenullrad står til høyre for lederelementer i raden over. Anta at totalmtrisen til et ligningssystem er en echelonmatrise. Hver kolonne untatt den siste tilsvarer til en ukjent.

Echelonmatrise Første element i en rad som ikke er null kalles lederelementet. En matrise kalles echelonmatrise hvis 1. Eventuelle nullrader står nederst. 2. Lederelementet i hver ikkenullrad står til høyre for lederelementer i raden over. Anta at totalmtrisen til et ligningssystem er en echelonmatrise. Hver kolonne untatt den siste tilsvarer til en ukjent. En ukjent som tilsvarer til en kolonne med et lederelement kalles en ledende variabel. Andre ukjente kalles frie variabler.

Gausseliminasjon for ligningssystem Gausseliminasjon: 1. Omforme totalmatrisen a 11 a 12... a 1n b 1 a 21 a 22... a 2n b 2............... a m1 a m2... a mn b m til en echelonmatrise ved hjelp av elementære radoperasjoner. 2. Hvis echelonmatrisen inneholder en rad 0 0... 0 b med b 0 så har systemet ingen løsning. 3. Ellers kan vi løse systemet med tilbakesubstitusjon.

Redusert echelonmatrise Første element i en rad som ikke er null kalles lederelementet.

Redusert echelonmatrise Første element i en rad som ikke er null kalles lederelementet. En matrise kalles redusert echelonmatrise hvis 1. Eventuelle nullrader står nederst. 2. Lederelementet i hver ikkenullrad står til høyre for lederelementer i raden over. 3. Lederelementet i hver ikkenullrad er 1. 4. Hver lederelement er eneste element som ikke er lik 0 i sin kolonne.

Redusert echelonmatrise Første element i en rad som ikke er null kalles lederelementet. En matrise kalles redusert echelonmatrise hvis 1. Eventuelle nullrader står nederst. 2. Lederelementet i hver ikkenullrad står til høyre for lederelementer i raden over. 3. Lederelementet i hver ikkenullrad er 1. 4. Hver lederelement er eneste element som ikke er lik 0 i sin kolonne. 1-2: Echelonmatrise 1-4: Redusert echelon matrise

Gauss-Jordaneliminasjon for ligningssystem Gausse-Jordaneliminasjon: 1. Omforme totalmatrisen a 11 a 12... a 1n b 1 a 21 a 22... a 2n b 2............... a m1 a m2... a mn b m til en redusert echelonmatrise ved hjelp av elementære radoperasjoner. 2. Hvis redusert echelonmatrisen inneholder en rad så har systemet ingen løsning. 0 0... 0 1 3. Ellers kan vi løse systemet med tilbakesubstitusjon.

Semesterprøve oppgaver, 2007 Oppgave Bestem redusert echelonform for matrisen 0 1 2 1 3 4 0 1 1 2 3 4 A : C : 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 7 6 0 1 2 1 0 0 1 1 B : D : 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0

Semesterprøve oppgaver, 2007 Oppgave Hvilken av matrisene er på redusert echelon form? 1 1 1 0 1 0 0 3 A : 0 1 0 0 B : 0 1 0 2 0 0 0 0 0 0 0 1 C : 1 2 3 5 0 0 0 0 0 0 0 0 D : 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1

Semesterprøve oppgaver, 2007 Oppgave Hvilken av matrisene er på redusert echelon form? 1 1 1 0 1 0 0 3 A : 0 1 0 0 B : 0 1 0 2 0 0 0 0 0 0 0 1 C : 1 2 3 5 0 0 0 0 0 0 0 0 D : 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1