【怎么用克拉默法则求解二元线性方程组】在数学中,克拉默法则(Cramer's Rule)是一种用于求解线性方程组的方法,尤其适用于系数矩阵为方阵且行列式不为零的情况。对于二元线性方程组,即含有两个未知数的两个方程组成的系统,使用克拉默法则可以快速得出解。
以下是使用克拉默法则求解二元线性方程组的基本步骤和方法总结:
一、基本概念
一个标准的二元线性方程组形式如下:
$$
\begin{cases}
a_1x + b_1y = c_1 \\
a_2x + b_2y = c_2
\end{cases}
$$
其中,$ x $ 和 $ y $ 是未知数,$ a_1, b_1, c_1, a_2, b_2, c_2 $ 是已知常数。
二、克拉默法则的步骤
1. 写出系数矩阵
系数矩阵为:
$$
A = \begin{bmatrix}
a_1 & b_1 \\
a_2 & b_2
\end{bmatrix}
$$
2. 计算系数矩阵的行列式 $ D $
行列式公式为:
$$
D = a_1b_2 - a_2b_1
$$
如果 $ D \neq 0 $,则方程组有唯一解;如果 $ D = 0 $,则可能无解或有无穷多解,此时不能使用克拉默法则。
3. 构造 $ D_x $ 和 $ D_y $
- 将系数矩阵的第一列替换为常数项 $ c_1, c_2 $,得到 $ D_x $:
$$
D_x = \begin{vmatrix}
c_1 & b_1 \\
c_2 & b_2
\end{vmatrix} = c_1b_2 - c_2b_1
$$
- 将系数矩阵的第二列替换为常数项 $ c_1, c_2 $,得到 $ D_y $:
$$
D_y = \begin{vmatrix}
a_1 & c_1 \\
a_2 & c_2
\end{vmatrix} = a_1c_2 - a_2c_1
$$
4. 求解 $ x $ 和 $ y $
根据克拉默法则:
$$
x = \frac{D_x}{D}, \quad y = \frac{D_y}{D}
$$
三、示例说明
假设我们有以下方程组:
$$
\begin{cases}
2x + 3y = 8 \\
4x + 5y = 14
\end{cases}
$$
1. 系数矩阵为:
$$
A = \begin{bmatrix}
2 & 3 \\
4 & 5
\end{bmatrix}
$$
2. 计算 $ D $:
$$
D = (2)(5) - (4)(3) = 10 - 12 = -2
$$
3. 构造 $ D_x $ 和 $ D_y $:
$$
D_x = \begin{vmatrix}
8 & 3 \\
14 & 5
\end{vmatrix} = (8)(5) - (14)(3) = 40 - 42 = -2
$$
$$
D_y = \begin{vmatrix}
2 & 8 \\
4 & 14
\end{vmatrix} = (2)(14) - (4)(8) = 28 - 32 = -4
$$
4. 求解:
$$
x = \frac{-2}{-2} = 1, \quad y = \frac{-4}{-2} = 2
$$
因此,该方程组的解为 $ x = 1 $,$ y = 2 $。
四、总结表格
步骤 | 内容 |
1. 写出方程组 | $ a_1x + b_1y = c_1 $ $ a_2x + b_2y = c_2 $ |
2. 构造系数矩阵 | $ A = \begin{bmatrix} a_1 & b_1 \\ a_2 & b_2 \end{bmatrix} $ |
3. 计算行列式 $ D $ | $ D = a_1b_2 - a_2b_1 $ |
4. 构造 $ D_x $ | 替换第一列为常数项,得 $ D_x = c_1b_2 - c_2b_1 $ |
5. 构造 $ D_y $ | 替换第二列为常数项,得 $ D_y = a_1c_2 - a_2c_1 $ |
6. 求解 $ x $ 和 $ y $ | $ x = \frac{D_x}{D} $,$ y = \frac{D_y}{D} $ |
通过以上步骤,我们可以清晰地使用克拉默法则来求解二元线性方程组。此方法逻辑清晰、计算简单,是解决小规模线性方程组的一种有效工具。
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