接棒數學
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。

練這學期的計算題
先修

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

例題 · 3

先自己算,再看解答——這樣才有效。

  1. 1

    增廣矩陣出現一列「0 0 0 | 5」,聯立方程式有幾組解?

  2. 2

    x + y + z = 6、y + z = 5、z = 3,回代得 y = ?

  3. 3

    承上,x = ?

高二下 還有這些

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