Решение систем уравнений

Контрольная работа - Математика и статистика

Другие контрольные работы по предмету Математика и статистика

Задача 1.16

 

Доказать совместность системы линейных уравнений и решить ее двумя методами:

) методом Крамера,

) методом Гаусса,

 

 

Решение:

Система является совместной, если определитель матрицы, составленной из ее коэффициентов, не равен 0

 

 

. Метод Крамера.

 

 

Где ? - определитель матрицы, составленный из коэффициентов системы; ?1 ,?2 ,?3 - определители матриц, составленных из коэффициентов системы при замене соответственного столбца на столбец свободных коэффициентов.

? = - 10

 

Отсюда

 

 

. Метод Гаусса. Основан на преобразованиях, которые не изменяют множество решений системы:

перестановка уравнений;

умножения уравнения на число, отличное от нуля;

замена уравнения на сумму этого уравнения и другого из этой же системы.

Посредством этих преобразований приводим систему к треугольному виду.

 

 

Умножаем второе уравнение на 3 и складываем с первым. Умножаем первое уравнение на 2, третье - на (- 3) и складываем их

 

 

Умножаем третье уравнение на 4 и складываем со вторым.

 

 

Мы привели систему к треугольному виду. Отсюда получаем решение:

 

 

Задача 2.16

 

Найти общее и одно частное решение системы линейных уравнений

 

 

Решение:

Найдем ранг матрицы

 

вычтем из третьей строки первую, затем умножим вторую строку на 2 и вычтем из нее первую;

вычтем из третьей строки вторую.

Ранг матрицы равен r = 2 < 3, следовательно выполняется условие существования ненулевого решения однородной системы уравнений.

Выберем в качестве базисного минора

 

 

Запишем укороченную систему

 

 

В качестве базисных выберем неизвестные х1 и х2. Тогда х3, х4, х5- свободные неизвестные. Полагая х3 = с3, х4 = с4, х5 = с5, получим

 

 

Таким образом, общее решение будет

 

 

Частное решение найдем, придав сi любые значения, например 1. Тогда частное решение будет

 

 

Задача 3.16

 

Даны координаты вершин пирамиды АВСD.

1. Найти модуль вектора

. Найти площадь грани АВС

. Найти длину высоты, опущенной из вершины D.

. Найти косинус угла между векторами и

. Записать уравнение плоскости АВС

. Записать уравнение высоты, опущенной из вершины D на грань АВС.

 

, , ,

 

Решение

. Найти модуль вектора

 

 

. Найти площадь грани АВС. Площадь треугольника АВС численно равна половине модуля векторного произведения любых двух сторон треугольника АВС:

 

Найдем векторное произведение.

 

 

. Найти длину высоты, опущенной из вершины D

Найдем уравнение плоскости АВС. Для этого подставим координаты точек А, В, С в общее уравнение плоскости и решим получившуюся систему уравнений

 

 

Решим систему методом Гаусса

 

 

В результате имеем уравнение плоскости АВС

 

Длину высоты находим как расстояние от точки D до плоскости АВС по формуле

 

 

. Найти косинус угла между векторами и

Косинус угла между векторами находим как скалярное произведение этих векторов, деленное на произведение их длин

 

 

. Записать уравнение плоскости АВС

Уравнение плоскости АВС нашли в п.3

 

 

. Записать уравнение высоты, опущенной из вершины D на грань АВС.

Уравнение высоты находим из тех соображений, что ее направляющий вектор должен быть перпендикулярен плоскости, а, следовательно, совпадать с нормалью. Вектор нормали к плоскости запишем из уравнения плоскости: (- 1, 5, 4)

Тогда уравнение высоты, т.е. прямой, перпендикулярной плоскости с нормалью (- 1, 5, 4) и проходящей через точку будет (исходя из общего уравнения прямой)

 

 

Задача 4.16

 

Даны две смежные вершины квадрата А(1, - 3), В(2, 1). Составить уравнения его сторон.

Решение:

Составим сначала уравнение стороны АВ, исходя из общего уравнения прямой

 

 

Прямые АD и BC перпендикулярны прямой АВ, следовательно, их угловой коэффициент будет равен

 

, а уравнения этих прямых будет

АD: BC:

 

Свободные члены уравнений найдем, подставив в уравнения координаты точек:

 

Уравнения, следовательно, будут

 

АD: BC:

 

Уравнение прямой СD будет иметь угловой коэффициент такой же как и уравнение прямой АВ и будет иметь вид

 

 

Чтобы найти свободный член, найдем длину стороны квадрата АВ

 

 

Найдем расстояние l от прямых АВ и CD до начала координат. Для этого найдем координаты точек пересечения этих прямых и перпендикуляра, опущенного из начала координат:

 

 

Тогда расстояние до начала координат будет

 

Так как для прямой АВ b = - 7 , то

 

 

Расстояние между прямыми АВ и CD равно стороне квадрата. Следовательно, расстояние от прямой CD до начала координат, можем найти:

 

 

Будем учитывать, что сторона СD может лежать как с одной стороны от стороны АВ, так и с другой, поэтому задача решается неоднозначно.

 

Но , откуда

 

В результате имеем уравнение прямой СD

 

 

Ответ: Уравнения сторон квадрата бу?/p>