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1.1有來源支持嵌入式互動

1.1 方程與解集

把線性方程組看成一組條件,並清楚描述它的完整解集。

筆記系列

MATH1030:線性代數 I

以嚴謹方式整理的線性代數筆記,涵蓋方程組、矩陣、結構與證明;互動只在真正有助理解數學時使用。

章節 1

方程組

學習把方程讀成完整的解集。

章節 2

矩陣與消元

建立矩陣直覺,並有目的地使用行化簡。

章節 3

矩陣代數

矩陣乘法、轉置與結構化矩陣記號。

章節 4

解的結構

齊次方程組、零空間與完整解集的結構。

章節 5

可逆性

理解甚麼情況下矩陣可以被反轉,以及這件事的重要性。

我們真正要找甚麼

線性方程組不是一堆零散的式子,而是一些條件。你要找的是一組數, 使它們同時滿足全部方程。

如果一個數組或向量令所有方程都成立,這個數組就是解。所有解組成 的集合,就是解集。

定義

解集

解集是所有滿足整個方程組的數字或向量所組成的集合。

一組方程,一個意思

例如

x+y=4,xy=0,x + y = 4, \qquad x - y = 0,

我們要找的是同時令兩條方程成立的數。第二條方程說,兩個數必須相 等。再代入第一條,就知道這個共同值是 2

所以解集是 {(2, 2)}

例題

一個只有唯一解的小例子

x+2y=5,xy=1.x + 2y = 5, \qquad x - y = 1.

由第二條可得 x=y+1x = y + 1。代入第一條:

(y+1)+2y=5.(y + 1) + 2y = 5.

因此 3y=43y = 4,所以 y = 4/3。再代回去,就得 x = 7/3

解集是 {(7/3, 4/3)}

為甚麼要學解集

之後我們會把方程組改寫成矩陣形式。不過目標不變,仍然是描述同一 個解集,只是換成更有效率的語言。

在繼續之前,先把下面其中一組方程譯成增廣矩陣試一試。當你看見每條方程對應矩陣的一行, 之後學行變換時就不會覺得那麼抽象。

邊讀邊試

把一個方程組翻成矩陣

互動探索器會突顯每條方程如何變成矩陣的一行和一個常數項。

方程組

  1. x + 2y = 5
  2. 3x - y = 4

結果

125
3-14

常見錯誤

常見錯誤

只對一條方程成立並不夠

解一定要同時滿足每一條方程。只令其中一條成立,還未算完成。

快速檢查

快速檢查

哪一組有序數對同時滿足兩條方程?

試試 (1, 3)(2, 2)(4, 0),對應方程組 x+y=4x + y = 4xy=0x - y = 0

解答

答案

預備連結

如果想先重溫矩陣中每個位置代表甚麼,可先看 2.1 矩陣基礎

先備知識

這一節可以獨立閱讀。

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