6-mavzu. Chiziqli tenglamalar sistemasini yechishning matritsalar usuli. Kramer qoidasi
Reja
Chiziqli tenglamalar sistemasini yechishning Kramer qoidasi.
Chiziqli tenglamalar sistemasini yechishning teskari matritsalar usuli.
Chiziqli tenlamalar sistemasining yechishning Kramer qoidasi va teskari matritsalar usulining iqtisodiyotda qo’llanilishi.
Tayanch soʻz va iboralar: chiziqli tenglamalar sistemasi (ChTS), Kramer teoremasi, Kramer formulalari, teskari matritsa.
Kramer qoidasi. Agar n ta noma’lumli n ta
a11x1 a12 x2 .... a1n xn b1,
a x a x .... a x b ,
21 1 22 2 2 n n 2
... ... ... ... ... ...
(1)
an1x1 an 2 x2 .... ann xn bn .
chiziqli tenglamalar sistemaning determinanti noldan farqli boʻlsa, u holda (1) sistema yagona yechimga ega boʻladi va bu yechim quyidagi formulalar bilan topiladi:
x x1 ,
1
x
x1 1 ,
(2)
x
x n
n
bu yerda
x1 ,
x2 , …,
xn
determinantlar determinantda noma’lumlar oldidagi
koeffisiyentlarni mos ravishda ozod hadlar bilan almashtirish orqali hosil qilinadi.
formulalarga Kramer formulalari deyiladi.
misol. Quyidagi
2x1 x2
x3 7,
4 x 2 x 3 x 5,
1 2 3
x 3 x 2 x 1
1 2 3
chiziqli tenglamalar sistemasining yechimini Kramer formulalari yordamida toping.
Yechish. Sistemaning asosiy determinanti ni hisoblaymiz. Bunda
2 1 1
1 3 2
boʻlganligi sababli berilgan sistema aniq sistemani tashkil qiladi va u yagona yechimga ega boʻladi. Bu yechim Kramer formulalari yordamida quyidagicha topiladi:
x x1
1 27
81 3,
27
x x2
2 27
54 2 ,
27
x x3
3 27
27 1.
27
Demak, tenglamalar sistemaning yechimi: (–3; 2; 1).
Mashqni bajaring. Chiziqli tenglamalar sistemasini yeching.
7x1 5x2 31,
x1 2x2 4x3 31,
x1 x2 x3 6,
1) 4 x 11 x 43,
2) 5x x 2x 20,
3) 2x x x 3,
1 3
1 2 3
1 3
2 x 3 x 4 x
20.
3 x x x 9.
x x x 5.
x1 x2 x3 2, x1 2x2 x3 10,
4) 2x x x 0,
x x 20,
1 2 3
5) 2x1 2 3
x x x 6.
x 3x x 30.
2 3 1 2 3
Agar
0
boʻlib,
x1 ,
x2 , …,
xn
lardan birortasi noldan farqli boʻlsa, u holda
(1) sistema yechimga ega boʻlmaydi.
misol. Quyidagi
2 x1 x2 3 x3 3,
4 x 2 x 6 x 5,
1 2 3
3 x 2 x 2
1 2
chiziqli tenglamalar sistemasining yechimini Kramer formulalari yordamida toping.
Yechish. Tenglamalar sistemasining asosiy determinanti ni hisoblaymiz.
Bunda:
2 1 3
4 2 6
3 2 0
0 .
0
boʻlganligi sababli berilgan sistemadan
x1 ,
x2 , x3
larni hisoblaymiz. Bu
yechim Kramer formulalari yordamida quyidagicha topiladi:
x1
3 1 3
5 2 6
2 2 0
6 ,
x2
2 3 3
4 5 6
3 2 0
9 ,
x3
2 1 3
4 2 5
3 2 2
1.
x2 0 , x3 0 .
Mashqni bajaring. Chiziqli tenglamalar sistemasini yeching.
1 2 3
2x1 x2 3x3 3, 1) 4x 2x 6x 5,
4x1 x2 3x3 3, 2) 8x1 2x2 6x3 5,
x1 x2 3x3 3,
1 2 3
3) 2x 2x 6x 5,
3x 2x x 2.
3x 2x 2x 2.
3x 2x 3x 2.
Agar
0
boʻlib,
x1 x2 .... xn 0
boʻlsa, u holda (2) sistema
cheksiz koʻp yechimga ega boʻladi.
misol. Quyidagi
2 x1 x2 3 x3 3,
4 x 2 x 6 x 6,
1 2 3
1 2 3
chiziqli tenglamalar sistemasining yechimini Kramer formulalari yordamida toping.
Yechish. Sistemaning asosiy determinanti ni hisoblaymiz. Bunda:
2 1 3
4 2 6 0
6 3 9
boʻlganligi sababli berilgan sistemaning
x1 , x2 , x3
determinantlarini
hisoblaymiz. Bu yechim Kramer formulalari yordamida quyidagicha topiladi:
3 1 3
x1 6 2 6
9 3 9
0 ,
x2
2 3 3
4 6 6 0 ,
6 9 9
x3
2 1 3
4 2 6 0 .
6 3 9
Demak, tenglamalar sistemasi cheksiz koʻp yechimga ega chunki
0 va
x1 0 ,
x2 0 ,
x3 0 .
Agar sistemaning yechimi cheksiz ko‘p bo‘lsa, u holda uning umumiy yechimini Kramer qoidasi bilan ham topish mumkin.
4-misol.
2x1 x2 3x3 3,
4x 2x 6x 6,
1 2 3
1 2 3
sistemaning yechimini toping.
Yechish. Sistemaga ekvivalent sistemani hosil qilamiz:
2 x1 x2 3 x3 3,
6 x 4 x 5 x 9.
1 2 3
Sistemaning determinantlarini hisoblaymiz:
2 1
2,
x
3x3 3 1
7x
3,
x 2
3x3 3 8x .
6 4 1
5x3
9 4
3 2 6
5x3 9
3
U holda Kramer formulalari yordamida quyidagi yechimni hosil qilamiz va undan sistemaning yechimi cheksiz ko‘p ekanligini ko‘rishimiz mumkin:
x 7 x3 3 7 x
3 ,
x 8x3 4 x ,
1 2 2
3 2 2 2 3
7 3 .
x3 X 2 2 , 4
Shuni ta’kidlashimiz kerakki, bu yerda biz asosiy determinant sifatida
determinant sifatida
2 3
6 5
yoki
1 3
4 5
determinantlarni olib sistema
yechimining boshqa ko‘rinishlarini ham hosil qilishimiz mumkin.
Mashqni bajaring. Chiziqli tenglamalar sistemasini yeching.
x1 x2 3x3 3,
1 2 3
1) 4x 4x 12x 12,
4x1 x2 3x3 3, 2) 8x1 2x2 6x3 6,
x1 2x2 3x3 4, 3) 2x 4x 6x 8,
1 2 3
3x 3x 9x 6.
12x 3x 9x 9.
3x 6x 9x 12.
Kramer formulalari asosan nazariy jihatdan ahamiyatga ega. Agar sistemada noma’lumlar soni koʻp boʻlsa, bu qoida yordamida yechilganda katta va ogʻir hisoblashlarni bajarishga olib keladi. Lekin, bu formulalar muhim afzallikka ega, ular barcha noma’lumlarning qiymatlarini aniq ifodalaydi.
Ushbu n noma’lumli n ta chiziqli tenglamalar sistemasi berilgan boʻlsin:
a11x1 a12 x2 .... a1n xn b1,
a x a x .... a x b ,
21 1 22 2 2 n n 2
... ... ... ... ... ...
(3)
an1x1 an 2 x2 .... ann xn bn .
(2.8) tenglamalar sistemada quyidagi belgilashlarni kiritamiz:
a11 a12
a a
...
...
a1n x1 b1
a x b
A
21 22 2n , X
2 ,
B
2 .
... ... ... ...
a a
...
a x b
n1 n 2
nn n n
Bu yerda, A noma’lumlar oldida turgan koeffisiyentlardan tuzilgan matritsa;
X noma’lumlardan tuzilgan matritsa; B ozod hadlardan tuzilgan matritsa. U holda (3) tenglamalar sistemasini
koʻrinishda ifodalash mumkin.
AX B
Faraz qilamiz, det
A 0
boʻlsin. U holda A matritsa uchun
A1
teskari
matritsa mavjud. AX B
koʻpaytiramiz:
tenglikning har ikkala tomonini
A1
ga chapdan
A1AX
A1B,
EX A1B,
X A1B.
Hosil boʻlgan
X A1B
ifoda chiziqli tenglamalar sistemasini matritsalar
usuli bilan yechish formulasidan iborat.
misol. Chiziqli tenglamalar sistemasini matritsalar usuli bilan yeching:
2 x1 2 x2 3 x3 5,
x x x 0,
1 2 3
3 x x x 2.
1 2 3
Yechish. A, X , B matritsalarni tuzib olamiz:
A 1 1 1 , X x2 , B 0 .
Bundan, det
A 12 0.
3
Teskari matritsani topamiz:
1 1 1 1
1 1
A11
2 ,
1 1
A12 3 1 2,
A13 3 1
4,
2 3 2 3 2 2
A21 1 1 5, A22 3 1 11, A23 3 1
4,
A31
1,
A11
2
5,
5
2
|
3
|
|
2 3
|
|
2
|
2
|
1
|
1
|
|
1 1
|
|
1
|
1
|
1
A33
4,
A1 1 2 11 5 .
12
4 4 4
Bundan:
2 5 1 5
10 0 2 12 1
X A1B 1 2 11
5 0 1
10 0 10 1
0 0
12
12
12
4 4
4 2
20 0 8
12 1
Demak,
x1 1,
x2 0 ,
x 3 1 yoki 1;0; 1 .
Mashqni bajaring. Chiziqli tenglamalar sistemasini yeching.
2x1 x2 2x3 6, 1) 3x1 2x3 8,
3x2 2x3 5,
1 2 3
2) 2x x x 4,
x x x 1.
x 2x 1.
1 2 3 2 3
x1 2 x3 5,
3) 3x1 x2 9,
x1 x2 2 x3 4, 4) 2 x x 3,
2 3
x x 2 x
1.
x x 2.
1 2 3 1 2
Agar sistema matritsasining rangi tenglama noma’lumlari sonidan kichik bo‘lsa ham uning yechimini teskari matritsa usulida topish mumkin. Buni quyidagi misolda ko‘rib chiqamiz.
misol. Ushbu chiziqli tenglamalar sistemasini teskari matritsa usulida yeching
x1 2 x2 3 x3 5 x4 2,
2 x x 4 x x 3,
1 2 3 4
A B
3x1 3x2 8x3 2x4 1,
2x1 2x2 5x3 12x4 4
Yechish. Tenglamalar sistemasi matritsasi A va kengaytirilgan matritsasi
1 2 3
5
1 2 3
5 2
A 2 1 4 1 , A B 2 1 4 1 3
3 3 8
2
3 3 8
2 1
2 2 5 12 2 2 5 12 4
larning rangini topib
1
|
2
|
3
|
5
|
2
|
1
|
2
|
3
|
5
|
2
|
2
|
1
|
4
|
1
|
3
|
0 5 2 11 7
|
3
|
3
|
8
|
2
|
1
|
0
|
3
|
1
|
13
|
7
|
2
2 5
4
12
0 2
1 2 0
1 2 3
5 2
1
2 3
5 2
0 5
0 5
2 11
7
2 11
7
0 0 1 32 14 0 0 1 32 14
0 0 1 32 14 0 0 0 0 0
r A r A B 3 ekanligini koʻramiz. Uning minori
1 2 3
2 1 4 8 18 24 9 32 12 1
3 3 8
noldan farqli. Shuning uchun toʻrtinchi tenglamani tashlab yuboramiz, qolgan
tenglamalarda
x4 qatnashgan hadlarni oʻng tomonga oʻtkazamiz.
x1 2x2 3x3 2 5x4 ,
2 x x 4 x 3 x ,
1 2 3 4
3 x 3 x 8 x 1 2 x .
1 2 3 4
Bu sistemani teskari matritsa usuli bilan yechamiz. Avval asosiy matritsa teskarisini Gauss-Jordan usulida topamiz:
2
|
3 1
|
0
|
1
|
4 0
|
1
|
3
|
8 0
|
0
|
1 0 1 2 3
1 0 0 1 7 0 8 0 3
2
0 0 5
3
1 0 3
2 2 1 0 0 1 0 4 1 2
1 3 0 1 0 3 1 3 0 1
1 0 0 20 7 11
20 7 11
0 1 0 4 1 A1 4 1 2 .
2 ,
0 0 1 9
3 5
9
3 5
Tenglamalar sistemasining umumiy yechimni topish uchun bajaramiz:
X A1 B
amalni
20 7 11
2 5x4
10 71 x4
X 4 1 2 3 x 7 15 x
4 4
9 3 5 1 2 x 14 32 x
4 4
Javob: 30 71x4 ; 7 15x4 ; 14 32x4 ; x4 , x4 R
x4 ga ixtiyoriy qiymatlar berib
x1,
x2 , x3
noma’lumlarning mos
qiymatlarini topamiz. Sistema cheksiz koʻp yechimga ega.
Mashqni bajaring. Ushbu chiziqli tenglamalar sistemasini teskari matritsa usulida yeching:
x1 x2 3x3 3,
1 2 3
1) 4x 4x 12x 12,
4x1 x2 3x3 3,
2) 8x1 2x2 6x3 6,
x1 2x2 3x3 4, 3) 2x 4x 6x 8,
2x 3x 4x 5.
2x x 5x 4.
2x 3x 5x 12.
1 2 3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
misol. Quyidagi tenglamani yeching:
2 1 3 6 5 8
0 1 X 1 3 4 0
Yechish. Tenglamaga quyidagi belgilashlarni kiritamiz:
A 0 1, B 1 3 , C 4 0 .
2 1 3 6 5 8
U holda berilgan tenglama
koʻrinishni oladi.
A X B C
Agar AXB ifodaning chap tomondan
A1
va oʻng tomondan
B1 ga
koʻpaytirsak, hamda
A1A E,
EX X ,
BB1 E
va XE X
ekanligini hisobga
olsak quyidagi yechimga ega boʻlamiz:
1 1
1 4 0
2 1
X A1CB1
1
2 2 0 5 8 1 3
1 1
8
2 1
3
5
1 6 .
2 8 0 1
3 8 4
Mashqni bajaring. Quyidagi tenglamalarni yeching:
1) 0 1 X 1 3 4 0 , 2) 0 1 X 2 3 4 0 ,
3 1 3 2 2 8
5 1 3 2 2 5
3 1 2 5 2 1
3) 2 1 X 1 3 4 0 .
Agar sistemada m n va r( A) m
boʻlib, r A r A B boʻlgan holda
ham teskari matritsa usulidan foydalanib uning yechimini topsa boʻladi.
Chiziqli tenglamalar sistemasining iqtisodiyotda qoʻllanilishiga doir misollar keltiramiz.
Masala. A va B mahsulotlarni ishlab chiqarish uchun 2 turdagi xom ashyodan foydalaniladi. Bir birlik A mahsulotni ishlab chiqarish uchun 5 birlik 1- tur va 4 birlik 2-tur xom ashyo sarflanadi, bitta B mahsulotni ishlab chiqarish
uchun esa, 3 birlik 1-tur va 5 birlik 2-tur xom ashyo ishlatiladi. 1-tur xom ashyo 62 birlik, 2-tur xom ashyo 73 birlik berilgan boʻlsa, ishlab chiqarilgan A va B mahsulot miqdorini toping.
Bu masalaning matematik modelini tuzish maqsadida
x1 bilan ishlab
chiqarilishi kerak boʻlgan A mahsulot miqdorini,
x2 bilan esa ishlab chiqarilishi
kerak boʻlgan B mahsulot miqdorini belgilaylik. Bu holda
5x1
A mahsulotni
ishlab chiqarish uchun sarflangan 1-tur xom ashyo miqdorini,
3x2
esa B
mahsulotni ishlab chiqarish uchun sarflangan 1-tur xom ashyo miqdorini
ifodalaydi.
5x1 3x2
A va B mahsulotni ishlab chiqarish uchun sarflanadigan 1-
tur xom ashyo jami sarfi miqdorinni ifodalaydi, bu xom ashyo chegaralangan
boʻlib, 62 birlikda mavjud, demak
5x1 3x2 62
tenglama kelib chiqadi. Xuddi
shunday qilib, 2-tur xom ashyo sarfi uchun qilamiz. Shunday qilib,
4x1 5x2 73
tenglamani hosil
5 x1 3 x2 62,
4 x 5 x 73.
1 2
Ikki noma’lumli ikkita chiziqli tenglamalar sistemasini hosil qildik. Bu tenglamalar sistemasi berilgan A va B mahsulotlarni ishlab chiqarishda, xom ashyo sarfining matematik modelini ifodalaydi.
Yechish. Kramer usulidan foydalanib yechimini topamiz.
4 5
A 5 3
det
A 25 12 13 0
. Bunda
det
A 0
boʻlganligi sababli berilgan sistema aniq sistemani tashkil qiladi va u
yagona yechimga ega boʻladi. Bu yechim Kramer formulalari yordamida quyidagicha topiladi:
x1
x1
62 3
73 5
13
91 7 ,
13
x2
x2
5 62
4 73
13
117 9.
13
Demak, tenglamalar sistemaning yechimi:
(x1, x2 ) (7,9).
misol. Korxona uch xildagi xom ashyoni ishlatib uch turdagi mahsulot ishlab chiqaradi. Ishlab chiqarish xarakteristikalari 1-jadvalda berilgan.
1-jadval
Xom ashyo turlari
|
Mahsulot turlari boʻyicha xom ashyo sarflari
|
Xom ashyo zahirasi (tonna)
|
1
|
2
|
3
|
1
|
5
|
12
|
3
|
20
|
2
|
2
|
6
|
8
|
16
|
3
|
9
|
7
|
4
|
20
|
Berilgan xom ashyo zahirasini ishlatib, mahsulot turlari boʻyicha ishlab chiqarish hajmini aniqlang.
Yechish. Ishlab chiqarilishi kerak boʻlgan mahsulotlar hajmini mos ravishda
x1, x2 , x3
lar bilan belgilaymiz. 1-tur mahsulotga, 1-xil xom ashyo, bittasi uchun
sarfi 5 birlik boʻlganligi uchun 5 x1
tur mahsulot ishlab chiqarish uchun ketgan 1-
xil xom ashyoning sarfini bildiradi. Xuddi shunday 2, 3-tur mahsulotlarni ishlab
chiqarish uchun ketgan 1-xil xom ashyo sarflari mos ravishda
12x2 ,
3x3
boʻlib,
uning uchun quyidagi tenglama oʻrinli boʻladi: Yuqoridagiga oʻxshash 2, 3-xil xom ashyolar uchun
2x1 6x2 8x3 16,
9x1 7x2 4x3 20
5x1 12x2 3x3 20 .
tenglamalar hosil boʻladi. Demak, masala shartlaridan quyidagi uch noma’lumli uchta chiziqli tenglamalar sistemasini hosil qilamiz:
5x1 12x2 3x3 20,
2x 6x 8x 16,
1 2 3
1 2 3
Bu masalaning matematik modeli uch noma’lumli uchta tenglamalar sistemasidan iborat boʻladi. Bu masala tenglamalar sistemasining yechimini topish bilan yechiladi. Bunday tenglamalar sistemasini yechishda teskari matritsalar usulidan foydalanamiz:
5 x1 12 x2 3 x3 20,
2 x 6 x 8 x 16,
1 2 3
1 2 3
A 2 6 8 , X x , B 16 .
2
3
Bundan, det
A 488 0. Teskari matritsani topamiz:
A 6 8
32 ,
A 2 8
64,
A 2 6
40,
11 7 4
A 12 3
12 9 4
5 3
13 9 7
5 12
21 7 4
27,
A22 9 4 7
A23 9 7
73,
A 12 3 78,
A 5 3 34,
A 5 12 6
32 27 78
A1 1 64 7 34 .
488
40 73 6
Bundan:
36
27 81 20 640 432 1560
X A1B 1 64 7 34 16 1
1280 112 680
31 73 1
20
800 1168 120
488 1
1 488 1 .
488
488 1
Demak,
x1 1,
x2 1,
x 3 1 yoki 1;1;1 .
n ta noma’lumli n ta chiziqli tenglamalar sistemasi uchun Kramer teoremasi nimani aniqlab beradi?
Aniqmas chiziqli tenglamalar sistemasini Kramer formulalaridan foydalanib yechish mumkinmi?
Chiziqli tenglamalar sistemasini matritsa shaklida yozish mumkinmi va qanday?
Chiziqli tenglamalar sistemasining yechimi matritsa ko’rinishida qanday yoziladi?
Chiziqli tenglamalar sistemasini matritsa usulida yechish yoki teskari matritsa usulining afzallik va noqulaylik jihatlari nimalardan iborat?
Chiziqli tenlamalar sistemasining iqtisodiyotda qo’llanilishi.
Foydalanishga tavsiya etiladigan adabiyotlar roʻyxati
Mike Rosser. Basic mathematics for economists. London and New York. 1993, 2003.
M.Harrison and P.Waldron. Mathematics for economics and finance. London and New York. 2011.
M.Hoy, J.Livernois et. al. Mathematics for Economics. The MIT Press. London&Cambridge. 2011.
Robert M. Leekley. Applied Statistics for Businiess and Economics. USA. 2010.
Alpha C. Chiang, Kevin Wainwright, Fundamental Methods of Mathematical Economics. N.-Y. 2005.
Do'stlaringiz bilan baham: |