克萊姆法則(Cramer's Rule)

克萊姆法則(由線性方程組的係數確定方程組的表達式)是線性代數中一個關於求解線性方程組的定理,它適用於變量和方程數目相等的線性方程組。

概念

含有n個未知數的線性方程組稱爲n元線性方程組。
1)當其右端的常數項b1,b2,…,bn不全爲零時,稱爲非齊次線性方程組:
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其中,A是線性方程組的係數矩陣,X是由未知數組成的列向量,β是由常數項組成的列向量。
非齊次線性方程組的矩陣形式:
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2)當常數項全爲零時,稱爲齊次線性方程組,即:
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其矩陣形式:
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3)係數構成的行列式稱爲該方程組的係數行列式D,即
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定理

記法1:若線性方程組的係數矩陣A可逆(非奇異),即係數行列式 D≠0。有唯一解,其解爲
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記法2:若線性方程組的係數矩陣A可逆(非奇異),即係數行列式 D≠0,則線性方程組有唯一解,其解爲
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其中Dj是把D中第j列元素對應地換成常數項而其餘各列保持不變所得到的行列式,即
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記法1是將解寫成矩陣(列向量)形式,而記法2是將解分別寫成數字,本質相同。

推論

1)n元齊次線性方程組有唯一零解的充要條件是係數行列式不等於零係數矩陣可逆(矩陣可逆=矩陣非奇異=矩陣對應的行列式不爲0=滿秩=行列向量線性無關);
2)n元齊次線性方程組有非零解的充要條件是係數行列式等於零

法則總結

1.克萊姆法則的重要理論價值:
1)研究了方程組的係數與方程組解的存在性與唯一性關係;
2)與其在計算方面的作用相比,克萊姆法則更具有重大的理論價值。(一般沒有計算價值,計算量較大,複雜度太高)
2.應用克萊姆法則判斷具有N個方程、N個未知數的線性方程組的解:
1)當方程組的係數行列式不等於零時,則方程組有解,且具有唯一的解;
2)如果方程組無解或者有兩個不同的解,那麼方程組的係數行列式必定等於零;
3)克萊姆法則不僅僅適用於實數域,它在任何域上面都可以成立。
3.克萊姆法則的侷限性:
1)當方程組的方程個數與未知數的個數不一致時,或者當方程組係數的行列式等於零時,克萊姆法則失效;
2)運算量較大,求解一個N階線性方程組要計算N+1個N階行列式。

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