Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 7ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Γραμμικά Συστήματα- Απαλοιφή Gauss Επιμέλεια: I. Λυχναρόπουλος

Σχετικά έγγραφα
Παραδείγματα Απαλοιφή Gauss Απαλοιφή Gauss-Jordan Παραγοντοποίηση LU, LDU

Παραδείγματα Απαλοιφή Gauss Απαλοιφή Gauss Jordan

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 9ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανυσματικοί Χώροι

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση 8/6/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Παραδείγματα (2 ο σετ) Διανυσματικοί Χώροι Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 10ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Γραμμικοί Μετασχηματισμοί

Παραδείγματα (1 ο σετ) Διανυσματικοί Χώροι

Παραδείγματα Διανυσματικοί Χώροι (3)

Παραδείγματα Διανυσματικοί Χώροι Ι. Λυχναρόπουλος

D = / Επιλέξτε, π.χ, το ακόλουθο απλό παράδειγμα: =[IA 1 ].

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση 19/6/2018 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 7ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Ορίζουσες Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Παραδείγματα Διανυσματικοί Χώροι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Σεπτεμβρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

Παραδείγματα Ιδιοτιμές Ιδιοδιανύσματα

Παραδείγματα (2) Διανυσματικοί Χώροι

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων της Εξέτασης Ιανουαρίου 2010 στο μάθημα: «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

Κεφάλαιο 1 Συστήματα γραμμικών εξισώσεων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ -ΤΜΗΜΑ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ. Λύσεις των Θεμάτων εξέτασης προόδου στο μάθημα «Γραμμική Άλγεβρα» (ΗΥ119)

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 20 Οκτωβρίου 2008

Γραμμική Άλγεβρα Ι,

ΤΜΗΜΑ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΑΚ. ΕΤΟΣ Μαθηματικά για Οικονομολόγους ΙI-Μάθημα 4 Γραμμικά Συστήματα

1.3 Συστήματα γραμμικών εξισώσεων με ιδιομορφίες

ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου 25/9/2017 Διδάσκων: Ι. Λυχναρόπουλος

ΒΟΗΘΗΤΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

ΠΛΗ 12- Σχέση ισοδυναμίας, γραμμικά συστήματα και απαλοιφή Gauss

5. Λύση γραμμικών συστημάτων με τη μέθοδο GAUSS-JORDAN

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

1 Ασκήσεις. Άσκηση 1.1 Να επιλυθούν τα παρακάτω γραμμικά συστήματα.

3.1 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ 1 ΟΥ ΒΑΘΜΟΥ

= 7. Στο σημείο αυτό θα υπενθυμίσουμε κάποιες βασικές ιδιότητες του μετασχηματισμού Laplace, δηλαδή τις

Γ 3 2Γ. Από τον τελευταίο πίνακα προκύπτει το ισοδύναμο με το αρχικό σύστημα. 3x 2 2x 3 = 1 x 3 = 2

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 10ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Ιδιοτιμές - Ιδιοδιανύσματα

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (ΗΥ-119)

1. Για καθένα από τους ακόλουθους διανυσματικούς χώρους βρείτε μια βάση και τη διάσταση. 3. U x y z x y z x y. {(,, ) } a b. c d

2.0 ΔΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΟΙ ΧΩΡΟΙ ΚΑΙ ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Τελική Εξέταση Ι. Λυχναρόπουλος

Γραµµική Αλγεβρα. Ενότητα 2 : Επίλυση Γραµµικών Εξισώσεων. Ευστράτιος Γαλλόπουλος Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

ΘΕΩΡΙΑ ΠΙΝΑΚΩΝ. Ορισμός 1: Ένας πίνακας Α με m γραμμές και n στήλες,

Περιεχόμενα. Πρόλογος 3

Κεφάλαιο 4 Διανυσματικοί Χώροι

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 1ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Διανύσματα, Ευθείες Επίπεδα, Επιφάνειες 2ου βαθμού Επιμέλεια: Ι. Λυχναρόπουλος

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ Εξέταση Σεπτεμβρίου Ι. Λυχναρόπουλος

Παναγιώτης Ψαρράκος Αν. Καθηγητής

2x y = 1 x + y = 5. 2x y = 1. x + y = 5. 2x y = 1 4x + 2y = 0. 2x y = 1 4x + 2y = 2

Παραδείγματα Γραμμικοί Μετασχηματισμοί

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

, ορίζουμε deta = ad bc. Πρόταση Ένας πίνακας Α είναι αντιστρέψιμος τότε και μόνο αν deta 0.

εξίσωση πρώτου βαθμού

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ (Εξ. Ιουνίου - 02/07/08) ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Γ. Ν. Π Α Π Α Δ Α Κ Η Σ Μ Α Θ Η Μ Α Τ Ι Κ Ο Σ ( M S C ) ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ: Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες

ΓΡΑΜΜΙΚΟΣ & ΔΙΚΤΥΑΚΟΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΙΣΜΟΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - Τµήµα Εφαρµοσµένων Μαθηµατικών

Matrix Algorithms. Παρουσίαση στα πλαίσια του μαθήματος «Παράλληλοι. Αλγόριθμοι» Γ. Καούρη Β. Μήτσου

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι Α ΜΕΡΟΣ

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 5ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Πίνακες Επιμέλεια: I. Λυχναρόπουλος

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ημερομηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 17 Οκτωβρίου 2011

I. ΜΙΓΑΔΙΚΟΙ ΑΡΙΘΜΟΙ. math-gr

ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ ΣΤΗΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ Ι (ΘΕ ΠΛΗ 12) ΕΡΓΑΣΙΑ 1 η Ηµεροµηνία Αποστολής στον Φοιτητή: 12 Οκτωβρίου 2007

2 3x 5x x

,..., v n. W πεπερασμένα παραγόμενοι και dimv. Τα ακόλουθα είναι ισοδύναμα f είναι ισομορφιμός. f είναι 1-1. f είναι επί.

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ - Τμήμα Επιστήμης Υπολογιστών

4.1 ΑΝΙΣΩΣΕΙΣ 1 ΟΥ ΒΑΘΜΟΥ

Γραμμική Αλγεβρα ΙΙ Διάλεξη 1 Εισαγωγή Χρήστος Κουρουνιώτης Πανεπισ τήμιο Κρήτης 19/2/2014 Χ.Κουρουνιώτης (Παν.Κρήτης) Διάλεξη 1 19/2/ / 13

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Ασκήσεις3 Διαγωνισιμότητα Βασικά σημεία Διαγωνίσιμοι πίνακες: o Ορισμός και παραδείγματα.

Matrix Algorithms. Παρουσίαση στα πλαίσια του μαθήματος «Παράλληλοι Αλγόριθμοι» Γ. Καούρη Β. Μήτσου

AX=B (S) A A X=A B I X=A B X=A B I X=A B X=A B X=A B X X

Kεφάλαιο 4. Συστήματα διαφορικών εξισώσεων. F : : F = F r, όπου r xy

ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ Ι (ΠΕΡΙΤΤΟΙ) Λυσεις Ασκησεων - Φυλλαδιο 3

Gauss. x + y + z = 2 3x + 3y z = 6 x y + z = 1. x + y + z = r x y = 0 3x + y + sz = s 0

Άσκηση1: Να λυθεί και να διερευνηθεί για τις διάφορες τιμές των παραμέτρων ab, το σύστημα: a 4 4a. το σύστημα έχει άπειρες λύσεις:

2x 1 + x 2 x 3 + x 4 = 1. 3x 1 x 2 x 3 +2x 4 = 3 x 1 +2x 2 +6x 3 x 4 = 4

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

[A I 3 ] [I 3 A 1 ].

Οι πράξεις που χρειάζονται για την επίλυση αυτών των προβληµάτων (αφού είναι απλές) µπορούν να τεθούν σε µια σειρά και πάρουν µια αλγοριθµική µορφή.

Ασκήσεις3 Διαγωνίσιμες Γραμμικές Απεικονίσεις

3.1 Εξισώσεις 1 ου Βαθμού

Κεφάλαιο 5 Γραμμικοί Μετασχηματισμοί

ΜΑΣ121: ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΛΓΕΒΡΑ I Εαρινό εξάμηνο , Διδάσκων: Γιώργος Γεωργίου ΕΝΔΙΑΜΕΣΗ ΕΞΕΤΑΣΗ, Διάρκεια: 2 ώρες 18 Νοεμβρίου, 2017

Μαρία Λουκά. Εργαστήριο Matlab Άμεσες Μέθοδοι. Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Μαθηματικά ΜΕΡΟΣ 5 ΓΡΑΜΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ ΜΕ ΠΙΝΑΚΕΣ

Μαθηματικά Διοικητικών & Οικονομικών Επιστημών

Αριθμητική Ανάλυση και Εφαρμογές

Κεφάλαιο 3.1 Εξισώσεις 1 ου Βαθμού Επιμέλεια Σημειώσεων: Ντάνος Γιώργος ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.1 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ 1 ΟΥ ΒΑΘΜΟΥ 1

ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ

Φίλη μαθήτρια, φίλε μαθητή,

Θα ξέρεις τι λέγεται γραμμική εξίσωση με δύο αγνώστους. Λέγεται κάθε εξίσωση της μορφής αχ +βψ =γ. Θα ξέρεις τι είναι το σύστημα εξισώσεων

ΑΛΓΕΒΡΑ Β ΛΥΚΕΙΟΥ Κεφ. 1 - Συστήματα 1

Θέμα 1. με επαυξημένο 0 1 1/ 2. πίνακα. και κλιμακωτή μορφή αυτού

( ) 10 ( ) εποµ ένως. π π π π ή γενικότερα: π π. π π. π π. Άσκηση 1 (10 µον) Θεωρούµε το µιγαδικό αριθµό z= i.

Transcript:

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ 7ο Σετ Ασκήσεων (Λύσεις) Γραμμικά Συστήματα- Απαλοιφή Gauss Επιμέλεια: I. Λυχναρόπουλος. Χρησιμοποιείστε απαλοιφή Gauss για να επιλύσετε τα ακόλουθα συστήματα: 5x 8y = 5x= + y x y = a) b) c) 9y = x 5x 6y = 9 x 6y = 9 5x 8y = a) Φέρνουμε το σύστημα στη μορφή: x + 9y = O επαυξημένος πίνακας του συστήματος είναι ο 5 8 Ab = 9 Η απαλοιφή Gauss δίνει: 5 8 5 8 r r r 5 9 5 5 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με το ακόλουθο: 5x 8y = y = 5 5 Με προς τα πίσω αντικατάσταση παίρνουμε αρχικά y = και έπειτα 5x 8y = 5x8 = x= Επομένως το σύστημα έχει μοναδική λύση την x = 5x y = b) Φέρνουμε το σύστημα στη μορφή: 5x 6y = 9 O επαυξημένος πίνακας του συστήματος είναι ο 5 Ab = 5 6 9

Η απαλοιφή Gauss δίνει: 5 r 5 r r 5 5 5 6 9 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με την ακόλουθη εξίσωση: 5x y = H y είναι ελεύθερη μεταβλητή, επομένως το σύστημα έχει άπειρες λύσεις οι οποίες δίνονται σε παραμετρική μορφή ως + t x = 5, t t x y = c) Φέρνουμε το σύστημα στη μορφή: x 6y = 9 O επαυξημένος πίνακας του συστήματος είναι ο Ab = 6 9 Η απαλοιφή Gauss δίνει: r r r 6 9 7 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x y = = 7 Από την τελευταία εξίσωση γίνεται προφανές ότι το σύστημα δεν έχει λύση.. Χρησιμοποιείστε απαλοιφή Gauss για να επιλύσετε τα ακόλουθα συστήματα: x y = z 4x+ y z = y = z 5x z = a) x + y + z = b) x= y+ 4z c) x + y z = x z y x z = + = x+ y z = a)

4 4 r r r 4 5 r r r 4 Ab = 4 4 4 4 r r r 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 5 5 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: 4x+ y z = 5 y+ z = 4 4 4 z = 5 5 Με την προς τα πίσω αντικατάσταση προκύπτει η μοναδική λύση του συστήματος: 9 8 x = 8 4 y z = b) Γράφουμε το σύστημα ως: x y 4z = x z = 4 r r r r r Ab = 4 4 r r r 4 5 4 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα:

x y 4z = y z = 5 z = 4 Με την προς τα πίσω αντικατάσταση προκύπτει η μοναδική λύση του συστήματος: 9 5 x = 5 4 5 x y z = 5x z = c) Γράφουμε το σύστημα ως: x y + z = x+ y z = 5 5 5 r r r r rr Ab = 5 5 r4 r4+ r r 4 r4+ r 5 Λόγω της τελευταίας γραμμής, το σύστημα είναι αδύνατο. Χρησιμοποιείστε απαλοιφή Gauss για να επιλύσετε τα ακόλουθα συστήματα: x+ y z+ w= x+ y z+ w= 4x+ y z+ w= 4 y + w = z a) b) x + y + w z = 4x+ y z = 6 x+ y z+ w= x+ y = w

x+ y z+ w= 4x+ y z+ w= 4 a) Γράφουμε το σύστημα ως: x + y z + w = x+ y z+ w= 4 4 r r4 r 7 r r+ r Ab = 7 r4 r4 r 7 5 r r+ r 7 5 4 5 4 4 4 7 7 4 r4 r4 r r4 r4+ r 7 6 6 6 4 4 7 7 7 7 6 4 4 4 7 7 7 6 4 7 7 9 6 4 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x+ y z+ w= 7y + z w = 6 z+ w= 4 7 7 9 w = 6 4 Με την προς τα πίσω αντικατάσταση προκύπτει η μοναδική λύση του συστήματος:

x 9 4 = 9 5 9 x+ y z+ w= y z + w = b) Γράφουμε το σύστημα ως: 4x+ y z = 6 x+ y+ w= 4 r r r r4 r4+ r Ab = 4 4 4 6 4 r 4 4 r r r 4 r4 r 4 4 4 4 4 4 r4 r4r 4 4 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x+ y z+ w= y z + w = 4 y z = 4 w = Με την προς τα πίσω αντικατάσταση προκύπτει η μοναδική λύση του συστήματος:

x 4 = 4. Να διερευνηθούν οι λύσεις του ακόλουθου συστήματος ως προς την παράμετρο k : x+ y z = k kx+ y+ z= x + y kz = k k r r kr r rr Ab = k k k k + k k k k r r r r( k) r k k k k k + k k k + k k k k k k + 7k k + k Από την τελευταία γραμμή προκύπτει πως i) αν k + k k ± τότε το σύστημα έχει μοναδική λύση την οποία μπορούμε να πάρουμε με προς τα πίσω αντικατάσταση: 7 ( 7 4) 6 4 k k 7 +, k, k + k x = 7k+ k 7k+ k 7k+ k ii) αν k + k = k = ± τότε για k = ( 7 + 4) k + k = ( 7 + 4) + ( 7 + 4) 4 ή για k = ( 7 4) k + k = ( 7 4) + ( 7 4) 4 η τελευταία γραμμή αντιστοιχεί στην εξίσωση = c με c 7 ( 7 4)

Επομένως και στις δύο περιπτώσεις το σύστημα είναι αδύνατο. 5. Να λύσετε το ακόλουθο σύστημα a) με απαλοιφή Gauss και b) με απαλοιφή Gauss Jordan: 4x+ y z = x + y + z = x + y z = α) 4 4 5 r r + r r r r 4 4 Ab = 4 4 4 4 5 r r r 5 5 4 4 4 4 9 4 4 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x= ( y+ z) 4x+ y z = 4 5 y+ z = y = z 4 4 5 4 4 9 z = z = 9 Με την προς τα πίσω αντικατάσταση προκύπτει η μοναδική λύση του συστήματος: x = 9 9 b) Θα μπορούσαμε να συνεχίσουμε από εκεί που σταματήσαμε με την απαλοιφή Gauss, ώστε να φέρουμε τον επαυξημένο πίνακα σε ανηγμένη κλιμακωτή μορφή, αλλά θα για καλύτερη κατανόηση της διαδικασίας εκτελούμε τα απαραίτητα βήματα από την αρχή:

4 4 4 r r 4 r r+ r Ab = 4 4 4 4 5 5 r r r rr 5 4 4 4 4 4 4 4 4 r r r r r r 4 4 4 4 r r r r r 9 9 4 4 r r+ r r r r 9 9 9 9 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x = y = 9 z = 9

Έτσι προκύπτει άμεσα η λύση του συστήματος. 6. Βρείτε τη γενική λύση των ακόλουθων συστημάτων και δείξτε πως αυτή προκύπτει από τη λύση των αντίστοιχων ομογενών συστημάτων x+ y 6z = x+ y+ z+ w+ s = a) x+ y 5z =8 b) x + y z s = 6x y+ z = x+ z+ 6s = a) 6 6 4 r r r r r r Ab = 5 8 6 6 6 6 4 r r r 4 r r+ 5r 5 5 5 5 6 4 Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x+ y 6z = x = ( y + 6z) 4 y z = y = 4+ z με ελεύθερη μεταβλητή την z. Οι άπειρες λύσεις του συστήματος μπορούν να βρεθούν με προς τα πίσω αντικατάσταση και να γραφούν ως + t x = 4 t +, t t Το αντίστοιχο ομογενές σύστημα όπως προκύπτει μετά την απαλοιφή Gauss θα είναι το x+ y 6z = x = ( y + 6z) y z = y = z Επειδή υπάρχει μία ελεύθερη μεταβλητή, το ομογενές σύστημα θα έχει άπειρες λύσεις, οι οποίες μπορούν να δοθούν ως γραμμικός συνδυασμός ενός διανύσματος. Για τον υπολογισμό του διανύσματος αυτού θέτουμε z = και παίρνουμε:

x=, y = Επομένως όλες οι λύσεις του ομογενούς συστήματος μπορούν να γραφούν ως xo = t, t Μπορούμε να βρούμε μία ειδική λύση του μη ομογενούς συστήματος θέτοντας t = στη λύση: + t x = 4 t +, t t απ' όπου παίρνουμε: x p = 4 Επομένως όπως είναι αναμενόμενο επαληθεύεται η σχέση: x = x + x o P b) x+ y+ z+ w+ s = x + y z s = x + z + 6s = Ab 4 4 6 6 r r 4 4 4 4 5 4 4 5 4 4 r rr r r r = Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x= yzws x+ y+ z+ w+ s = y+ z 4w+ 4s =5 y = ( 5 z+ 4w4s) 4z w s 4 = z = ( 4 + w + s) 4 με ελεύθερες μεταβλητές τις ws., Οι άπειρες λύσεις του συστήματος μπορούν να βρεθούν με προς τα πίσω αντικατάσταση και να γραφούν ως

( 8 + 6t5t) 8 ( 4 8 t+ t) 8 x =, t, t ( 4 t t) 4 t t Το αντίστοιχο ομογενές σύστημα όπως προκύπτει μετά την απαλοιφή Gauss θα είναι το x=yzws x+ y+ z+ w+ s = y+ z 4w+ 4s = y = ( z+ 4w4s) 4z w s = z = ( w + s) 4 Επειδή υπάρχουν δύο ελεύθερες μεταβλητές, το ομογενές σύστημα θα έχει άπειρες λύσεις, οι οποίες μπορούν να δοθούν ως γραμμικός συνδυασμός δύο διανυσμάτων. Για τον υπολογισμό των διανυσμάτων αυτών θέτουμε εκ περιτροπής κάθε ελεύθερη μεταβλητή ίση με και την άλλη ίση με και παίρνουμε: 9 Για w=, s = θα είναι x=, y =, z = 4 4 5 ενώ για w=, s = θα είναι x=, y =, z = 8 8 4 Επομένως όλες οι λύσεις του ομογενούς συστήματος μπορούν να γραφούν ως 5 4 8 9 4 8 xo = t t, t, t + 4 Μπορούμε να βρούμε μία ειδική λύση του μη ομογενούς συστήματος θέτοντας t =, t = στη λύση:

( 8 + 6t5t) 8 ( 4 8 t+ t) 8 x =, t, t ( 4 t t) 4 t t απ' όπου παίρνουμε: x P = Επομένως επαληθεύεται η σχέση: x = x + x o P 7. Ελέγξτε αν το διάνυσμα μπορεί να γραφεί ως γραμμικός συνδυασμός 5 των διανυσμάτων, και Θα πρέπει να έχει λύση το σύστημα: 5 x y z + + = ή αλλιώς το x y+ 5z = x + y + z = x z = 5 5 Ab 6 5 5 r r 6 6 r r+ r r r r =

Επομένως το αρχικό σύστημα είναι ισοδύναμο με τo ακόλουθο σύστημα: x= + y5z x y+ 5z = y z = y = ( + z) z 6 = 6 z = Με την προς τα πίσω αντικατάσταση προκύπτει η μοναδική λύση του συστήματος: 9 8 x = 6 Άρα το διάνυσμα μπορεί να γραφεί ως γραμμικός συνδυασμός των 5 διανυσμάτων, και ως 5 9 8 6 + = 8. Δείξτε πως γράφεται η απαλοιφή Gauss ως γινόμενο στοιχειωδών πινάκων, στο ακόλουθο σύστημα: x+ y z = 8 x+ y 4z = 5 5x+ 4y z = Η απαλοιφή Gauss δίνει:

8 8 5 r r r r r r Ab = 4 5 5 4 5 4 8 8 r r r 7 8 4 9 Η ανωτέρω απαλοιφή Gauss με τη χρήση στοιχειωδών πινάκων μπορεί να γραφεί ως: EEE( A b ) όπου E = E = E = 5 9. Αναλύστε τον πίνακα των συντελεστών του συστήματος της προηγούμενης άσκησης ως γινόμενο A = LU και A = LDU α) Στην παραγοντοποίηση A = LU ο άνω τριγωνικός πίνακας U προκύπτει από την διαδικασία απαλοιφής του Gauss, επομένως είναι ο U = 7 Η διαγώνιός του αποτελείται από τους οδηγούς κάθε γραμμής του μετασχηματισμένου πίνακα συντελεστών. Ο κάτω τριγωνικός πίνακας L περιέχει τους πολλαπλασιαστές του κάθε βήματος της απαλοιφής Gauss και μονάδες στη διαγώνιό του: L = 5 β) Ο πίνακας L είναι ο ίδιος με τον αντίστοιχο της παραγοντοποίησης LU:

L = 5 Ο πίνακας D είναι διαγώνιος και περιέχει την διαγώνιο του πίνακα U της παραγοντοποίησης LU (στοιχεία οδηγών): D = 7 Ο νέος άνω τριγωνικός πίνακας U προκύπτει από τον πίνακα U της παραγοντοποίησης LU διαιρώντας κάθε στοιχείο του με το στοιχείο της διαγωνίου (δηλ. τον οδηγό) της ίδιας γραμμής: U =. Υπολογίστε, αν υπάρχουν, τους αντίστροφους πίνακες των A = B = 4 5 6 C = D = 5 7 8 9 7 Θα εφαρμόσουμε την μέθοδο με την απαλοιφή Gauss-Jordan GaussJordan ( An n Ιn) ( Ι n A ) α) r r r r+ r r r/( ) A Ι = r r+ r Επομένως

A = β) B 4 5 6 6 4 7 8 9 7 8 9 4 6 4 6 7 6 7 5 5 4 r r 6r 4 + 6 7 Από την τελευταία γραμμή προκύπτει ότι ο πίνακας Β δεν έχει αντίστροφο. γ) r r7r r rr C Ι = 7 6 7 r r4 r r r7 r Ι = r r/( ) r r r 7 7 5 5 5 r 7 r r 5 5 5 7 7 5 5 Επομένως 5 7 C = 5 5 5 7 5 /( ) r r r r r

δ) r r r 5 5 r r5 r D Ι 4 = 5 5 5 5 r4 r4 r 5 5 r r/( 5) 9 4 5 9 4 5 4 5 5 5 5 r r r r 5 5 5 r+ 9r 5 5 5 9 4 5 9 4 5 4 5 4 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 5 5 5 r r r r + r 7 5 5 5 9 7 9 7 7 7 5 5 5 5 5 5 7 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 r r 7 5 5 5 r r + r 5 7 9 9 5 7 5 5 5 5 7 7 7 7 4 7 4 5 5 5 5 5 5

7 7 7 7 7 7 4 7 5 5 5 r r r 4 4 5 7 7 7 r r r 5 9 5 9 5 5 5 7 7 7 7 7 7 7 4 7 4 5 5 5 5 5 5 7 7 7 7 7 7 4 4 7 7 7 r4 r4/8 7 7 7 r rr 4 9 5 9 5 5 5 7 7 7 7 7 7 4 5 7 5 7 8 7 7 7 6 6 6 8 7 7 7 7 7 7 6 6 6 9 r r+ 5r 4 6 6 6 9 9 5 8 7 5 5 5 7 7 7 6 6 6 8 5 7 5 7 6 6 6 8 6 6 6 8 Επομένως 7 7 7 6 6 6 9 D = 8 7 5 5 6 6 6 8 5 7 6 6 6 8. Για ποιες τιμές της παραμέτρου k υπάρχει ο αντίστροφος του: k 4 A= k k

Για να έχει ο πίνακας A αντίστροφο θα πρέπει η απαλοιφή Gauss-Jordan πάνω στον Α να δώσει τελικά τον ταυτοτικό πίνακα (Επειδή δεν ζητείται να υπολογιστεί ο αντίστροφος δεν χρειάζεται να κάνουμε Gauss-Jordan πάνω στον επαυξημένο πίνακα). Έτσι έχουμε k 4 k 4 A k k k 8 k k k 4 k k 8 + k k+ 8 r r r r r+ r = Για να έχουμε οδηγό στη δεύτερη γραμμή θα πρέπει είτε k k οπότε διατηρούμε τη δεύτερη γραμμή ως έχει, είτε + k k οπότε εναλλάσσουμε τη δεύτερη με την τρίτη γραμμή. α) Έστω k, τότε συνεχίζοντας την απαλοιφή έχουμε: k 4 k 4 4 k k k 8 k 8 k k 8 k k + k k+ 8 k k 8 + + + k k+ 8 k 4 k 4 k k k k 8 r r, 64k 8 6 4 k k k k 6 4k k r r /(k ) r r kr r r (+ k) r Επομένως ο περιορισμός είναι ο 6 4k k 4 k ± Δεν χρειάζεται να συνεχίσουμε την απαλοιφή καθώς δεν θα προκύψουν νέοι περιορισμοί. β) Έστω k, τότε συνεχίζοντας την απαλοιφή έχουμε:

4 k 4 4 k k k + k 8 k k 8 k k 8 + + + k + k k+ 8 k k8 k k 8 r r r r/(+ k) r r( k) r + 4 k 4 k + k k + k + k + 8 r r, 4 k 6 k + 8 k 6 + k + k 4k 6 + k Επομένως ο περιορισμός είναι ο 4k 6 k 4 k ± όπως και στην περίπτωση (α) k, Έτσι τελικά ο πίνακας Α έχει αντίστροφο { }