高二下🧮 代數
高斯消去法
Gaussian Elimination
公式
用列運算化成上三角形,再由下往上回代
三元以上的聯立用消去法最系統化,而且能看出無解與無限多解。
白話解釋
解三元一次聯立方程式時,克拉瑪公式要算四個三階行列式,計算量大。**高斯消去法**更系統化,而且能處理 det = 0 的情況。
做法是把係數與常數寫成**增廣矩陣**,然後用三種**列運算**把它化成上三角形: 某一列乘以非零常數; 兩列互換; 某一列加上另一列的倍數。
這三種運算都**不改變解集合**,因為它們對應的就是方程式的等量變形。
化成上三角後,從最後一列開始**回代**(back substitution),逐一解出各未知數。
這個方法的另一個價值是**能診斷解的狀況**: 若出現「0 0 0 | k」(k ≠ 0)這種列,代表 0 = k 矛盾,**無解**; 若出現整列都是 0,代表少了一條有效方程式,**無限多解**(要用參數表示); 若每個未知數都有主元,則有**唯一解**。
這是實際電腦解線性方程組的標準演算法,比克拉瑪公式快非常多(克拉瑪在 n 大時計算量會爆炸)。
什麼時候用
三元以上的聯立、判斷解的個數、線性代數的基礎。
最容易錯的地方
- 列運算時只改了部分項(整列都要一起運算)。
- 看到全零列就說無解(那是無限多解)。
- 回代時代錯順序。
例題 · 3 題
先自己算,再看解答——這樣才有效。
- 1
增廣矩陣出現一列「0 0 0 | 5」,聯立方程式有幾組解?
- 2
x + y + z = 6、y + z = 5、z = 3,回代得 y = ?
- 3
承上,x = ?