2.4

Однородные системы

[8/100%]
Показать
LaTeX
Задача 2.4.1

Найдите общее решение для каждой из следующих однородных систем.

?
(a)

[t]x1+2x2+x3+2x4=0,2x1+4x2+x3+3x4=0,3x1+6x2+x3+4x4=0.\begin{aligned} [t] x_{1} + 2 x_{2} + x_{3} + 2 x_{4} & = 0, \\ 2 x_{1} + 4 x_{2} + x_{3} + 3 x_{4} & = 0, \\ 3 x_{1} + 6 x_{2} + x_{3} + 4 x_{4} & = 0. \end{aligned}

(b)

[t]2x+y+z=0,4x+2y+z=0,6x+3y+z=0,8x+4y+z=0.\begin{aligned} [t] 2x + y + z & = 0, \\ 4x + 2y + z & = 0, \\ 6x + 3y + z & = 0, \\ 8x + 4y + z & = 0. \end{aligned}

(c)

[t]x1+x2+2x3=0,3x1+3x3+3x4=0,2x1+x2+3x3+x4=0,x1+2x2+3x3−x4=0.\begin{aligned} [t] x_{1} + x_{2} + 2 x_{3} & = 0, \\ 3 x_{1} + 3 x_{3} + 3 x_{4} & = 0, \\ 2 x_{1} + x_{2} + 3 x_{3} + x_{4} & = 0, \\ x_{1} + 2 x_{2} + 3 x_{3} - x_{4} & = 0. \end{aligned}

(d)

[t]2x+y+z=0,4x+2y+z=0,6x+3y+z=0,8x+5y+z=0.\begin{aligned} [t] 2x + y + z & = 0, \\ 4x + 2y + z & = 0, \\ 6x + 3y + z & = 0, \\ 8x + 5y + z & = 0. \end{aligned}

Задача 2.4.2

Среди всех решений, удовлетворяющих однородной системе

x+2y+z=0,2x+4y+z=0,x+2y−z=0, \begin{aligned} x + 2y + z & = 0, \\ 2x + 4y + z & = 0, \\ x + 2y - z & = 0, \end{aligned}

найдите те, которые также удовлетворяют нелинейному ограничению y−xy=2zy - xy = 2z.

?
Задача 2.4.3

Рассмотрим однородную систему, матрица коэффициентов которой равна

A=[1213124−13812357242623617−3]. A = \begin{bmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 & 1 \\ 2 & 4 & -1 & 3 & 8 \\ 1 & 2 & 3 & 5 & 7 \\ 2 & 4 & 2 & 6 & 2 \\ 3 & 6 & 1 & 7 & -3 \end{bmatrix}.

Сначала преобразуйте AA к неприведённому ступенчатому виду, чтобы найти общее решение соответствующей однородной системы. Затем приведите AA к EAE_{A} и покажите, что получается то же самое общее решение.

?
Задача 2.4.4

Если AA -- матрица коэффициентов однородной системы, состоящей из четырёх уравнений с восемью неизвестными, и если имеется пять свободных переменных, чему равен rk⁡(A)\operatorname {rk}\left(A\right)?

?
Задача 2.4.5

Предположим, что AA -- матрица коэффициентов однородной системы из четырёх уравнений с шестью неизвестными, и предположим, что в AA есть хотя бы одна ненулевая строка.

?
(a)

Определите наименьшее возможное число свободных переменных.

(b)

Определите наибольшее возможное число свободных переменных.

Задача 2.4.6

Объясните, почему однородная система из mm уравнений с nn неизвестными, где m<nm < n, всегда должна иметь бесконечное число решений.

?
Задача 2.4.7

Постройте однородную систему из трёх уравнений с четырьмя неизвестными, для которой

x2[−2100]+x4[−3021] x_{2} \begin{bmatrix} -2 \\ 1 \\ 0 \\ 0 \end{bmatrix} + x_{4} \begin{bmatrix} -3 \\ 0 \\ 2 \\ 1 \end{bmatrix}

является общим решением.

?
Задача 2.4.8

Если c1\mathbf{c}_{1} и c2\mathbf{c}_{2} -- столбцы, представляющие два частных решения одной и той же однородной системы, объясните, почему сумма c1+c2\mathbf{c}_{1} + \mathbf{c}_{2} также должна представлять решение этой системы.

?