การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการกำจัดตัวแปร
การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยวิธีนี้จะใช้ได้สะดวกที่สุดเมื่อระบบสมการเชิงเส้นมี 2 ตัวแปรแต่เมื่อระบบสมการเชิงเส้นของเรามีตัวแปรมากกว่า 3 ตัวแปร ในบางครั้งการแก้ระบบสมการโดยวิธีนี้ค่อนข้างจะยุ่งยากจึงไม่เป็นที่นิยม
การแก้ระบบสมการเชิงเส้น 2 ตัวแปรโดยการกำจัดตัวแปร
ให้ระบบสมการ
x−2y=3⋯(1)2x+1y=1⋯(2)
นำ 2×(2) จะได้
4x+2y=2⋯(3)
นำสมการ (1)+(3) จะได้
5x=5
ดังนั้นเราได้ x=1
เมื่อนำค่า x=1 ไปแทนในสมการ (1) จะได้ y=−1
ดังนั้น x=1,y=−1
การแปลงระบบสมการเชิงเส้นให้อยู่ในรูปสมการเมทริกซ์
ถ้าเรามีระบบสมการเชิงเส้น 2 ตัวแปร
a1x+b1y=d1a2x+b2y=d2
แล้วเราจะแปลงระบบสมการเชิงเส้นให้อยู่ในรูปสมการเมทริกซ์ได้โดยการนำสัมประสิทธิ์ของ x และ y มาเรียงเป็นแถว สองแถวเป็นเมทริกซ์ขนาด 2×2 ได้ดังนี้
[a1b1a2b2][xy]=[d1d2]
ซึ่งจะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ AX=D โดยที่
A=[a1b1a2b2],X=[xy],D=[d1d2]
ตัวอย่างการแปลงระบบสมการเชิงเส้น 2 ตัวแปรให้อยู่ในรูปเมทริกซ์
ให้ระบบสมการเชิงเส้น
x+3y=12x+4y=2
เพื่อความง่ายเราจะเขียน x เป็น 1x ในระบบสมการจะได้
1x+3y=12x+4y=2
สามารถแปลงได้เป็น
[1324][xy]=[12]
และถ้าเรามีระบบสมการเชิงเส้น 3 ตัวแปร
a1x+b1y+c1z=d1a2x+b2y+c2z=d2a3x+b3y+c3z=d3
แล้วเราจะแปลงระบบสมการเชิงเส้นให้อยู่ในรูปสมการเมทริกซ์ได้โดยการนำ สัมประสิทธิ์ของ x,y และ z มาเรียงเป็นแถว สองแถวเป็นเมทริกซ์ขนาด 3×3 ได้ดังนี้
[a1b1c1a2b2c2a3b3c3][xyz]=[d1d2d3]
ซึ่งจะเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ AX=B โดยที่
A=[a1b1c1a2b2c2a3b3c3],X=[xyz],B=[d1d2d3]
ตัวอย่างการแปลงระบบสมการเชิงเส้น 3 ตัวแปรให้อยู่ในรูปเมทริกซ์
ให้ระบบสมการเชิงเส้นx+z=12x+y=2x−y+z=3
เพื่อความง่ายเราจะเขียนสมการ
x+z=1เป็น1x+0y+1z=1และ2x+y=2เป็น2x+1y+0z=2และx−y+z=3เป็น1x−1y+1z=3
จะได้
1x+0y+1z=12x+1y+0z=21x−1y+1z=3
สามารถแปลงได้เป็น
[1012101−10][xyz]=[123]
จากการที่เราสามารถแปลงระบบสมการเชิงเส้นให้อยู่ในรูป
AX=B
ดังนั้นการหาค่า X สามารถทำได้โดยนำค่า A−1 มาคูณทั้งสองข้างของสมการจะได้
X=A−1B
เราจึงได้ค่าของ X ตามต้องการ
ถ้า A−1 หาค่าไม่ได้ (detA=0) เราสามารถสรุปได้เลยว่าระบบสมการไม่มีคำตอบ (ไม่ว่าหาด้วยวิธีการใหนก็ไม่มีคำตอบ)
น้องๆ สามารถอ่านเรื่อง การแก้สมการเมทริกซ์ เพิ่มเติมได้นะครับ
ตัวอย่างการแก้ระบบสมการเชิงเส้นที่ไม่มีคำตอบ
จงแก้ระบบสมการ
1x+2y=12x+4y=2
ค่า A=[1224] ซึ่ง detA=0 เราจึงสามารถสรุปได้เลยว่า ระบบสมการที่กำหนดให้ไม่มีคำตอบ
การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยเมทริกซ์อินเวอร์ส
ตัวอย่างการแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการแก้สมการเมทริกซ์
จงแก้ระบบสมการเชิงเส้น
x+z=12x+y=2x−y+z=3
จากตัวอย่าง เราสามารถแปลงเป็นระบบสมการเชิงเส้นได้เป็น
[1012101−11][xyz]=[123]
โดยที่
A=[1012101−11],X=[xyz] และ B=[123]
detA=−2 และ A−1=−12[1−1−1−202−311]
ดังนั้น
[xyz]=[1012101−11]−1[123]=−12[1−1−1−202−311][123]=−12[−442]=[2−2−1]
[xyz]=[2−2−1]
การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการดำเนินการตามแถว
ให้ระบบสมการเชิงเส้น
1x+2y+1z=12x+1y+3z=21x−1y+1z=3
เรา สามารถแปลงระบบสมการเชิงเส้นเป็น เมทริกซ์แต่งเติม (aumented matrix) ของสมการโดยการนำ สัมประสิทธิ์ของ x,y,z และ ค่าอีกฝั่งของสมการ มาเขียนในรูปเมทริกซ์ 3×4 ได้ดังนี้
\A= \left[ \begin{array}{ccc|c} 1&2&1&1\\ 2&1&3&2\\ 1&-1&1&3\\ \end{array} \right
ตัวอย่างการแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการดำเนินการตามแถว
ให้ระบบสมการเชิงเส้น
x+z=12x+y=2x−y+z=3
เพื่อความง่ายเราจะเขียนสมการในรูป
1x+0y+1z=12x+1y+0z=21x−1y+1z=3
\A= \left[ \begin{array}{ccc|c} 1&0&1&1\\ 2&1&0&2\\ 1&-1&1&3\\ \end{array} \right
ดังนั้นเราจะได้ว่า
A=[101121021−113]→−R1+R3[101121020−102]→−R3[10112102010−2]→−R3+R2[10112004010−2]→−12R2[10111002010−2]→−R2+R1[001−11002010−2]→R12[1002001−1010−2]→R23[1002010−2001−1]
ดังนั้น x=2,y=−2,z=−1
น้องๆ สามารถอ่านเรื่อง การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการดำเนินการตามแถว เพิ่มเติมได้นะครับ
การแก้โดยใช้กฏของคราเมอร์
ตัวอย่างการแก้ระบบสมการโดยใช้กฏของคราเมอร์
ให้ระบบสมการเชิงเส้น
x+z=12x+y=2x−y+z=3
เพื่อความง่ายเราจะเขียนสมการในรูป
1x+0y+1z=12x+1y+0z=21x−1y+1z=3
เราเขียนเป็น
[1012101−11][xyz]=[123]
นั่น คือ A=[1012101−11] และ [123]
ดังนั้นคำตอบของสมการเชิงเส้นคือ
การ หาค่า x ทำได้โดยการนำเมทริกซ์ [123] ไปแทนค่าในหลักที่ 1 ของเมทริกซ์ A=[1012101−11] และหลังจากนั้น
x=det[1012103−11]detA=−42=−2
การหาค่า y ทำได้โดยการนำเมทริกซ์ [123] ไปแทนค่าในหลักที่ 2 ของเมทริกซ์ A=[1012101−11] และหลังจากนั้น
y=det[111220131]detA=42=2
การหาค่า z ทำได้โดยการนำเมทริกซ์ [123] ไปแทนค่าในหลักที่ 3 ของเมทริกซ์ A=[1012101−11] และหลังจากนั้น
z=det[1012121−13]detA=22=1
ดังนั้น x=−2,y=2 และ z=1
น้องๆ สามารถอ่านเรื่อง การแก้โดยใช้กฏของคราเมอร์ เพิ่มเติมได้นะครับ
เทคนิคการเลือกใช้วิธีแก้ระบบสมการ
- ให้กฎของคราเมอร์เมื่อโจทย์ถามหาค่าแค่ตัวแปรเดียว
- ใช้การคูณด้วยเมทริกซ์อินเวอร์ส ถ้าโจทย์ให้ค่าของเมทริกซ์อินเวอร์สมาแล้วเท่านั้นไม่งั้นเสียเวลาหาอินเวอร์สไม่คุ้ม
- ใช้วิธีการกำจัดตัวแปรกรณีที่เห็นชัดๆ ว่ากำจัดตัวแปรง่าย
- ใช้วิธีการดำเนินการตามแถวถ้าไม่เหมาะที่จะใช้วิธีอื่น ๆ