การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยใช้เมทริกซ์
(solving system of linear equations using matrix)

การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการกำจัดตัวแปร

การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยวิธีนี้จะใช้ได้สะดวกที่สุดเมื่อระบบสมการเชิงเส้นมี 2 ตัวแปรแต่เมื่อระบบสมการเชิงเส้นของเรามีตัวแปรมากกว่า 3 ตัวแปร ในบางครั้งการแก้ระบบสมการโดยวิธีนี้ค่อนข้างจะยุ่งยากจึงไม่เป็นที่นิยม

 การแก้ระบบสมการเชิงเส้น 2 ตัวแปรโดยการกำจัดตัวแปร

ให้ระบบสมการ

x2y=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=2xy+z=3

  เพื่อความง่ายเราจะเขียนสมการ
x+z=1เป็น1x+0y+1z=1และ2x+y=2เป็น2x+1y+0z=2และxy+z=3เป็น1x1y+1z=3


จะได้
1x+0y+1z=12x+1y+0z=21x1y+1z=3

  สามารถแปลงได้เป็น
[101210110][xyz]=[123]


จากการที่เราสามารถแปลงระบบสมการเชิงเส้นให้อยู่ในรูป 

AX=B

ดังนั้นการหาค่า X สามารถทำได้โดยนำค่า A1 มาคูณทั้งสองข้างของสมการจะได้

X=A1B

เราจึงได้ค่าของ X  ตามต้องการ

ถ้า A1 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=2xy+z=3

 จากตัวอย่าง เราสามารถแปลงเป็นระบบสมการเชิงเส้นได้เป็น

[101210111][xyz]=[123]

โดยที่

A=[101210111],X=[xyz] และ B=[123]

detA=2 และ A1=12[111202311]

ดังนั้น

[xyz]=[101210111]1[123]=12[111202311][123]=12[442]=[221]

  [xyz]=[221]

การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการดำเนินการตามแถว

ให้ระบบสมการเชิงเส้น
1x+2y+1z=12x+1y+3z=21x1y+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=2xy+z=3

  เพื่อความง่ายเราจะเขียนสมการในรูป
1x+0y+1z=12x+1y+0z=21x1y+1z=3

เราสามารถแปลงระบบสมการเชิงเส้นเป็น
\A= \left[ \begin{array}{ccc|c} 1&0&1&1\\  2&1&0&2\\  1&-1&1&3\\ \end{array} \right
\]
ดังนั้นเราจะได้ว่า
A=[101121021113]R1+R3[101121020102]R3[101121020102]R3+R2[101120040102]12R2[101110020102]R2+R1[001110020102]R12[100200110102]R23[100201020011]

  ดังนั้น x=2,y=2,z=1

  น้องๆ สามารถอ่านเรื่อง การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยการดำเนินการตามแถว เพิ่มเติมได้นะครับ

การแก้โดยใช้กฏของคราเมอร์

ตัวอย่างการแก้ระบบสมการโดยใช้กฏของคราเมอร์

ให้ระบบสมการเชิงเส้น
x+z=12x+y=2xy+z=3

 เพื่อความง่ายเราจะเขียนสมการในรูป
1x+0y+1z=12x+1y+0z=21x1y+1z=3


เราเขียนเป็น
[101210111][xyz]=[123]

นั่น คือ A=[101210111] และ [123]
ดังนั้นคำตอบของสมการเชิงเส้นคือ
การ หาค่า x ทำได้โดยการนำเมทริกซ์ [123] ไปแทนค่าในหลักที่ 1 ของเมทริกซ์ A=[101210111] และหลังจากนั้น
x=det[101210311]detA=42=2

การหาค่า y ทำได้โดยการนำเมทริกซ์ [123] ไปแทนค่าในหลักที่ 2 ของเมทริกซ์ A=[101210111] และหลังจากนั้น
y=det[111220131]detA=42=2

การหาค่า z ทำได้โดยการนำเมทริกซ์ [123] ไปแทนค่าในหลักที่ 3 ของเมทริกซ์ A=[101210111] และหลังจากนั้น
z=det[101212113]detA=22=1

 ดังนั้น x=2,y=2 และ z=1

 น้องๆ สามารถอ่านเรื่อง การแก้โดยใช้กฏของคราเมอร์  เพิ่มเติมได้นะครับ

 

เทคนิคการเลือกใช้วิธีแก้ระบบสมการ

  1. ให้กฎของคราเมอร์เมื่อโจทย์ถามหาค่าแค่ตัวแปรเดียว
  2. ใช้การคูณด้วยเมทริกซ์อินเวอร์ส ถ้าโจทย์ให้ค่าของเมทริกซ์อินเวอร์สมาแล้วเท่านั้นไม่งั้นเสียเวลาหาอินเวอร์สไม่คุ้ม
  3. ใช้วิธีการกำจัดตัวแปรกรณีที่เห็นชัดๆ ว่ากำจัดตัวแปรง่าย
  4. ใช้วิธีการดำเนินการตามแถวถ้าไม่เหมาะที่จะใช้วิธีอื่น ๆ             
คำคล้าย : การแก้ระบบสมการเชิงเส้นโดยใช้เมทริกซ์
Under Growing
"คลังความรู้" กำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนา พี่ๆ กำลังทยอยเพิ่มบทความและปรับปรุงรูปแบบให้อ่านง่าย ใช้ทบทวนความรู้ได้จริง รีเควสหัวข้อ หรือมีข้อเสนอแนะ ทวีตมาคุยกับพี่ๆ ได้เลยจ้า
คอร์สแนะนำ
หนังสือแนะนำ
รายละเอียดการใช้งานคุกกี้

เพื่อประโยชน์และประสบการณ์ที่ดีในการใช้งานเว็บไซต์ของ บริษัท โอเพ่นดูเรียน จํากัด (“โอเพ่นดูเรียน”) โอเพ่นดูเรียนจึงใช้คุกกี้บนเว็บไซต์ของบริษัท ทั้งนี้ คุณสามารถศึกษาเพิ่มเติม เกี่ยวกับนโยบายคุกกี้ของโอเพ่นดูเรียนได้ที่ นโยบายคุกกี้ และคุณสามารถปฏิเสธคุกกี้ได้