Math ClubMath Club
v1 · padrão canônico

Урок 29 — Линейные системы 2x2 и 3x3

Подстановка, метод Гаусса, правило Крамера. Существование и единственность решений.

Used in: 1.º ano do EM (15–16 anos) · Equiv. Algebra II japonês · Equiv. Klasse 10 alemã

{a1x+b1y=c1a2x+b2y=c2x=c1b2c2b1a1b2a2b1\begin{cases} a_1 x + b_1 y = c_1 \\ a_2 x + b_2 y = c_2 \end{cases} \quad \to \quad x = \frac{c_1 b_2 - c_2 b_1}{a_1 b_2 - a_2 b_1}
Choose your door

Rigorous notation, full derivation, hypotheses

Методы и теория

Методы решения

  1. Подстановка: выразить одну переменную и подставить в другую.
  2. Сложение (исключение): комбинировать уравнения для исключения переменной.
  3. Крамер: отношение определителей.
  4. Метод Гаусса: привести матрицу к треугольному виду.

Крамер 2x2

Для {a1x+b1y=c1a2x+b2y=c2\begin{cases} a_1 x + b_1 y = c_1 \\ a_2 x + b_2 y = c_2 \end{cases} при D=a1b2a2b10D = a_1 b_2 - a_2 b_1 \neq 0:

x=c1b2c2b1D,y=a1c2a2c1Dx = \frac{c_1 b_2 - c_2 b_1}{D}, \quad y = \frac{a_1 c_2 - a_2 c_1}{D}

Крамер 3x3

Определитель 3x3 (Саррюс): detA=\det A = \sum произведений главных диагоналей - произведений побочных диагоналей.

Классификация по определителю

  • D0D \neq 0: единственное решение.
  • D=0D = 0 + совместная система: бесконечно много решений (аффинное подпространство).
  • D=0D = 0 + несовместная система: нет решений.

Exercise list

30 exercises · 7 with worked solution (25%)

Application 20Modeling 9Challenge 1
  1. Ex. 29.1Application
    Решите {x+y=5xy=1\begin{cases} x + y = 5 \\ x - y = 1 \end{cases}.
  2. Ex. 29.2Application
    Решите {2x+3y=134xy=5\begin{cases} 2x + 3y = 13 \\ 4x - y = 5 \end{cases}.
  3. Ex. 29.3Application
    Решите {3xy=7x+2y=4\begin{cases} 3x - y = 7 \\ x + 2y = 4 \end{cases}.
  4. Ex. 29.4Application
    Решите {x=2yx+y=9\begin{cases} x = 2y \\ x + y = 9 \end{cases}.
  5. Ex. 29.5Application
    Решите по Крамеру: {2x+y=7x3y=2\begin{cases} 2x + y = 7 \\ x - 3y = -2 \end{cases}.
  6. Ex. 29.6Application
    Система {2x+4y=8x+2y=4\begin{cases} 2x + 4y = 8 \\ x + 2y = 4 \end{cases}. Сколько решений?
  7. Ex. 29.7Application
    Система {x+y=3x+y=5\begin{cases} x + y = 3 \\ x + y = 5 \end{cases}. Решения?
  8. Ex. 29.8ApplicationAnswer key
    Система 3x3: {x+y+z=62xy+z=3x+2yz=2\begin{cases} x + y + z = 6 \\ 2x - y + z = 3 \\ x + 2y - z = 2 \end{cases}.
  9. Ex. 29.9Application
    Определитель (2314)\begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 1 & 4 \end{pmatrix}.
  10. Ex. 29.10Application
    Определитель 3x3 (123456780)\begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \\ 7 & 8 & 0 \end{pmatrix}.
  11. Ex. 29.11Application
    При каком kk система {x+2y=53x+ky=10\begin{cases} x + 2y = 5 \\ 3x + ky = 10 \end{cases} имеет единственное решение?
  12. Ex. 29.12Application
    При каком kk она несовместна?
  13. Ex. 29.13Application
    Решите {0,5xy=3x+2y=5\begin{cases} 0{,}5 x - y = 3 \\ x + 2 y = 5 \end{cases}.
  14. Ex. 29.14ApplicationAnswer key
    Система с дробями: {x/2+y/3=1x/3y/4=0\begin{cases} x/2 + y/3 = 1 \\ x/3 - y/4 = 0 \end{cases}.
  15. Ex. 29.15Application
    Сколько литров 30% раствора и сколько 50%, чтобы получить 10 л 40%?
  16. Ex. 29.16ApplicationAnswer key
    Сумма 2 чисел равна 25, разность 7. Найти их.
  17. Ex. 29.17Application
    Сумма монет: 3 реала. Несколько монет по R$ 0,25 и несколько по R$ 0,50, всего 8 монет. Сколько каждых?
  18. Ex. 29.18ApplicationAnswer key
    Сумма 3 чисел равна 30; второе вдвое больше первого; третье равно сумме двух других. Найти.
  19. Ex. 29.19Application
    Система с 3 уравнениями: {a+b+c=10ab+c=4a+bc=6\begin{cases} a + b + c = 10 \\ a - b + c = 4 \\ a + b - c = 6 \end{cases}.
  20. Ex. 29.20Application
    Проверьте, что решение {x+y=7xy=1\begin{cases} x + y = 7 \\ x - y = 1 \end{cases} — это (4,3)(4, 3).
  21. Ex. 29.21Modeling
    Смесь: 200 г кофе по R$ 30/кг + xx г кофе по R$ 50/кг = смесь по R$ 38/кг. Найти xx.
  22. Ex. 29.22ModelingAnswer key
    Возраст: отец сегодня в 4×4\times старше сына. Через 20 лет будет только в два раза старше. Возраст сейчас?
  23. Ex. 29.23Modeling
    Геометрия: прямоугольник с периметром 30, площадью 56. Стороны?
  24. Ex. 29.24ModelingAnswer key
    Скорость лодки против течения: vbvc=8v_b - v_c = 8 км/ч, по течению: vb+vc=12v_b + v_c = 12. Найти.
  25. Ex. 29.25Modeling
    В пиццерии: 3 пиццы + 2 напитка = R$ 80. 2 пиццы + 4 напитка = R$ 70. Цена каждой?
  26. Ex. 29.26ModelingAnswer key
    Ферма с 3 стержнями: силы F1,F2,F3F_1, F_2, F_3 удовлетворяют F1+F2=100F_1 + F_2 = 100, F12F2+F3=0F_1 - 2F_2 + F_3 = 0, F2+F3=50F_2 + F_3 = 50. Решите.
  27. Ex. 29.27Modeling
    В экономике, 2 связанных рынка: D1(p1,p2)=202p1+p2D_1(p_1, p_2) = 20 - 2p_1 + p_2, S1(p1)=p15S_1(p_1) = p_1 - 5. Равновесие: D1=S1D_1 = S_1. Система.
  28. Ex. 29.28Modeling
    В электрических цепях закон Кирхгофа даёт линейную систему токов. Решите 3 контура с R1=10R_1 = 10, R2=20R_2 = 20, V=12V = 12 В.
  29. Ex. 29.29Modeling
    В МО линейной регрессии с 2 признаками: y^=ax1+bx2\hat y = a x_1 + b x_2. Нормальная система XTXβ=XTyX^TX \beta = X^Ty — 2x2.
  30. Ex. 29.30Challenge
    Покажите, что однородная система Ax=0A\mathbf{x} = \mathbf{0} всегда имеет x=0\mathbf{x} = \mathbf{0} в качестве решения. Нетривиальное решение существует тогда и только тогда, когда detA=0\det A = 0.

Источники этого урока

  • A First Course in Linear Algebra — Robert A. Beezer · 2022 · EN · GFDL · гл. SLE: линейные системы и метод Гаусса. Основной источник.
  • College Algebra — Jay Abramson et al. (OpenStax) · 2022, 2-е изд · EN · CC-BY · §9.1-9.3.
  • Linear Algebra Done Right — Sheldon Axler · 2024, 4-е изд · EN · CC-BY-NC · гл. 3: системы и матрицы.
  • Álgebra linear — Wikibooks · живой · PT-BR · CC-BY-SA.

Updated on 2026-04-29 · Author(s): Clube da Matemática

Found an error? Open an issue on GitHub or submit a PR — open source forever.