3893820042

IV-14

§3.2.

Przejdźmy do niejednorodnych układów równań.

Twierdzenie 1. Rozważmy układ równań Ax = b, gdzie A G Aik, b G F^fc. Jeśli | A| 7^ 0, to układ ten posiada jedyne rozwiązanie v G F^fc, i zadane jest ono następującymi wzorami Cramera:

^vj = I^BjI 0' ^{= 1}'².....^k)•    (⁵)

gdzie B, jest macierzą powstałą z A przez zastąpienie jej j-tej kolumny wektorem kolumnowym b.

Dowód. Na mocy twierdzenia 2 w §1.1 macierz A jest nieosobliwa, skąd rozważany układ ma jedyne rozwiązanie. Oznaczmy je przez v, a kolumny macierzy A przez ai,..., afc. Równanie Xi(uiai — b) + X2&2 + ••• + Xk&k = 0 ma niezerowe rozwiązanie (1, V2,Vk), wobec czego wyznacznik macierzy o kolumnach tąai — b, a2,.... a/*, jest równy 0. Z „kolumnowych” odpowiedników własności vi) oraz ii) wynika więc, że ią|A| — |Bi| = 0. Tak samo, i*j|A| — |Bj| = 0 dla j = 2,..., k. □

Przykład 1. Rozważmy układ równań:

{xi + 2x₂ + Sx₃ = 1

2xi -X2~X₃ = 0 —X\ + X2 + x₃ = 1

Rozwijając poniżej licznik i mianownik względem pierwszych kolumn otrzymujemy:

1 0	2 -1	3 -1	1 •	1 1	-0.1^2 3l+i.	2 3 I
1	1	1		^1 1 1	^11	-1 -1 |	1

1	2	3	,1-1-11 n I 2 3 I ,	2 3
2	-1	-1	!■ j 1 -^2- 1 i|+ (-!)■	-1 -1
-1	1	1

Ponieważ wyznacznik macierzy rozważanego układu równań okazał się różny od zera, więc rozwiązanie (tą, 1*2,173) istnieje i jest jedyne, a v\ = 1. (Dla układów, których macierz ma zerowy wyznacznik, zastosowanie wzorów Cramera prowadzi do nonsensownych wyrażeń o mianowniku 0. Rozwiązanie nadal może istnieć, lecz nie jest wtedy jedyne i opis zbioru rozwiązań uzyskujemy stosując metody opisane w rozdziale II.)

Twierdzenie 2. Niech A G Alk- Dla macierzy D, której (i, j)-tym wyrazem jest (— l)^l+J|Ajj| (i oraz j przebiegają {1,..., k}), prawdziwe są równości:

AD' =D'A= |A|I_fc.

W szczególności, jeśli |A| ^ 0, to macierz A jest odwracalna i A^-1 = jx[D'.