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克拉默法则是什么

2025-10-10 10:17:21

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克拉默法则是什么,拜谢!求解答这个难题!

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2025-10-10 10:17:21

克拉默法则是什么】克拉默法则(Cramer's Rule)是线性代数中用于求解线性方程组的一种方法,特别适用于系数矩阵为方阵且行列式不为零的情况。该法则由瑞士数学家加布里埃尔·克拉默(Gabriel Cramer)在1750年提出,广泛应用于工程、物理和经济学等领域。

一、基本概念

克拉默法则主要用于求解如下形式的线性方程组:

$$

\begin{cases}

a_{11}x_1 + a_{12}x_2 + \cdots + a_{1n}x_n = b_1 \\

a_{21}x_1 + a_{22}x_2 + \cdots + a_{2n}x_n = b_2 \\

\vdots \\

a_{n1}x_1 + a_{n2}x_2 + \cdots + a_{nn}x_n = b_n

\end{cases}

$$

其中,$ a_{ij} $ 是系数,$ x_i $ 是未知数,$ b_i $ 是常数项。

二、克拉默法则的核心思想

当系数矩阵 $ A $ 的行列式 $ A \neq 0 $ 时,该方程组有唯一解。根据克拉默法则,每个未知数 $ x_i $ 可以表示为:

$$

x_i = \frac{A_i}{A}

$$

其中,$ A_i $ 是将矩阵 $ A $ 的第 $ i $ 列替换为常数项列 $ [b_1, b_2, ..., b_n]^T $ 后得到的矩阵的行列式。

三、适用条件

- 系数矩阵 $ A $ 是一个 $ n \times n $ 的方阵;

- 行列式 $ A \neq 0 $;

- 方程组有唯一解。

如果 $ A = 0 $,则可能无解或有无穷多解,此时克拉默法则不适用。

四、示例说明

假设我们有以下方程组:

$$

\begin{cases}

2x + y = 5 \\

x - 3y = -2

\end{cases}

$$

对应的矩阵形式为:

$$

A = \begin{bmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -3 \end{bmatrix}, \quad B = \begin{bmatrix} 5 \\ -2 \end{bmatrix}

$$

计算行列式:

$$

A = (2)(-3) - (1)(1) = -6 - 1 = -7

$$

计算 $ A_1 $(替换第一列为B):

$$

A_1 = \begin{vmatrix} 5 & 1 \\ -2 & -3 \end{vmatrix} = (5)(-3) - (1)(-2) = -15 + 2 = -13

$$

计算 $ A_2 $(替换第二列为B):

$$

A_2 = \begin{vmatrix} 2 & 5 \\ 1 & -2 \end{vmatrix} = (2)(-2) - (5)(1) = -4 - 5 = -9

$$

因此,

$$

x = \frac{-13}{-7} = \frac{13}{7}, \quad y = \frac{-9}{-7} = \frac{9}{7}

$$

五、总结表格

项目 内容
名称 克拉默法则(Cramer's Rule)
提出者 加布里埃尔·克拉默(Gabriel Cramer)
适用条件 系数矩阵为方阵,行列式不为零
用途 求解线性方程组的唯一解
解法公式 $ x_i = \frac{A_i}{A} $
优点 直观、便于计算小规模方程组
缺点 计算行列式复杂度高,不适合大规模系统

通过以上内容可以看出,克拉默法则是一种简洁而有效的工具,尤其适合教学和小规模问题的求解。然而,在实际应用中,对于大型方程组,通常会采用高斯消元法或其他数值方法来提高效率。

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