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克莱姆法则或克莱姆法则(英语:Cramer's rule / formula)是一个线性代数中的定理,用行列式来计算出线性等式组中的所有解。这个定理因加百列·克莱姆(1704年 - 1752年)的卓越使用而命名。在计算上,并非最有效率之法,因而在很多条等式的情况中没有广泛应用。不过,这一定理在理论性方面十分有效。
线性代数
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向量 · 向量空间 · 行列式 · 矩阵
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向量
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标量 · 向量 · 向量空间 · 向量投影 · 外积(向量积) · 内积(数量积)
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基本方程
一个线性方程组可以用矩阵与向量的方程来表示:
其中的 是一个 的方块矩阵,而向量 是一个长度为n的行向量(中国大陆为列向量)。 也一样。
克莱姆法则说明:如果 是一个可逆矩阵( ),那么方程(1)有解 ,其中
(1)
当中 是列向量 的第i行(行向量与列向量不一样,解释默认列向量)
当中 是列向量 取代了 的第i列后得到的矩阵。为了方便,我们通常使用 来表示 ,用 来表示 。所以等式(1)可以写成为:
- 。
抽象方程
更多信息:余因子矩阵
设 为一个环, 就是一个包含 的系数的 矩阵。所以:
-
当中 就是 的行列式,以及 就是单位矩阵。
证明概要
对于 元线性方程组
把系数矩阵 表示成行向量的形式
由于系数矩阵可逆,故方程组一定有解 .
设 ,即
考虑 的值,利用行列式的线性和交替性质,有
于是
例子
运用克莱姆法则可以很有效地解决以下方程组。
已知:
-
-
使用矩阵来表示时就是:
-
当矩阵可逆时,x和y可以从克莱姆法则中得出:
-
- 以及
-
用3×3矩阵的情况亦差不多。
已知:
-
-
-
当中的矩阵表示为:
-
当矩阵可逆时,可以求出x、y和z:
- 、 以及
微分几何上的应用
克莱姆法则在解决微分几何的问题时十分有用。
先考虑两条等式 和 。其中的u和v是需要考虑的变量,并且它们互不相关。我们可定义 和 。
找出一条等式适合 是克莱姆法则的简单应用。
首先,我们要计算 、 、 和 的导数:
-
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-
-
将 和 代入 和 ,可得出:
-
-
因为 和 互不相关,所以 和 的系数都要等于0。所以等式中的系数可以被写成:
-
-
-
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现在用克莱姆法则就可得到:
-
用两个雅可比矩阵来表示的方程:
-
用类似的方法就可以找到 、 以及 。
基本代数上的应用
克莱姆法则可以用来证明一些线性代数中的定理,当中的定理对环理论十分有用。
线性规划上的应用
克莱姆法则可以用来证明一个线性规划问题有一个基本整数的解。这样使得线性规划的问题更容易被解决。
参考文献
外部链接