百科知识

教你一步步解三元一次方程组超简单易懂

解三元一次方程组通常指的是解决形如:

$$

\begin{cases}

a_1x + b_1y + c_1z = d_1 \\

a_2x + b_2y + c_2z = d_2 \\

a_3x + b_3y + c_3z = d_3

\end{cases}

$$

其中 $a_i$, $b_i$, $c_i$ 和 $d_i$ 是已知的常数。

步骤一:检查是否有显而易见的解

我们可以尝试通过代入法或消元法来找到可能的解。如果方程组有显而易见的解(例如,如果所有系数都是正数),那么这个解就是方程组的一个解。

步骤二:使用代入法

如果方程组没有显而易见的解,我们可以使用代入法来尝试找到一组解。假设我们已经找到了一个解 $(x, y, z)$,然后代入其他两个方程中,看是否能得到另一个方程的解。

步骤三:使用消元法

如果代入法不适用,我们可以尝试使用消元法。这通常涉及将方程组中的某个变量用其他变量表示出来,然后通过代数操作来消除那个变量。

步骤四:使用矩阵方法

对于更复杂的方程组,我们可能需要使用矩阵方法。这种方法涉及到构建一个增广矩阵,然后应用高斯消元法或其他矩阵运算技巧来求解。

示例

假设我们有方程组:

$$

\begin{cases}

2x + 3y + 4z = 6 \\

-x + 2y – z = 5 \\

x + y + z = 0

\end{cases}

$$

步骤一:检查是否有显而易见的解

我们可以尝试代入法。如果我们假设 $x = 0$,则:

$$

\begin{cases}

0 \cdot 2 + 3y + 4z = 6 \\

-0 + 2y – z = 5 \\

0 + y + z = 0

\end{cases}

$$

从第二个方程得到 $y = 5$,再从第三个方程得到 $z = -5$。当 $x = 0$,$y = 5$,$z = -5$ 时,原方程组成立。

步骤二:使用代入法

如果我们假设 $y = 5$,则:

$$

\begin{cases}

2x + 3(5) + 4(-5) = 6 \\

-x + 2(5) – (-5) = 5 \\

x + 5 + (-5) = 0

\end{cases}

$$

从第二个方程得到 $x = 0$,再从第三个方程得到 $x = 0$。当 $y = 5$,$x = 0$ 时,原方程组成立。

步骤三:使用消元法

如果我们假设 $x = 0$,则:

$$

\begin{cases}

2(0) + 3(5) + 4(-5) = 6 \\

-(0) + 2(5) – (-5) = 5 \\

0 + 5 – (-5) = 0

\end{cases}

$$

从第二个方程得到 $x = 0$,再从第三个方程得到 $x = 0$。当 $x = 0$ 时,原方程组成立。

步骤四:使用矩阵方法

如果我们假设 $x = 0$,则:

$$

\begin{bmatrix}

2 & 3 & 4 \\

0 & 2 & -1 \\

1 & 0 & 1

\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}

6 \\

5 \\

-5

\end{bmatrix}

=

\begin{bmatrix}

6 \\

5 \\

-5

\end{bmatrix}

$$

从第二行减去第一行得到:

$$

\begin{bmatrix}

0 & 3 & -1 \\

0 & 2 & -1 \\

1 & 0 & 1

\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}

6 \\

5 \\

-5

\end{bmatrix}

=

\begin{bmatrix}

0 \\

0 \\

0

\end{bmatrix}

$$

从第三行加上第一行得到:

$$

\begin{bmatrix}

0 & 3 & -1 \\

0 & 2 & -1 \\

1 & 0 & 1

\end{bmatrix}

\begin{bmatrix}

6 \\

5 \\

-5

\end{bmatrix}

=

\begin{bmatrix}

0 \\

0 \\

0

\end{bmatrix}

$$

由于第三行为零向量,这意味着原方程组无解。