Cramer’s Regel voor een stelsel van 3×3 (met drie variabelen)

In onze vorige les hebben we bestudeerd hoe we de regel van Cramer kunnen gebruiken met twee variabelen. Ons doel hier is om de toepassing van de regel van Cramer uit te breiden naar drie variabelen, meestal in termen van \groot{x}, \groot{y}, en \groot{z}. Ik zal vijf (5) uitgewerkte voorbeelden bespreken om je met dit concept vertrouwd te maken.

Om dit onderwerp goed te doen, moet je een idee hebben hoe je de determinant van een 3⨉3 matrix vindt. Dat is dus wat we eerst gaan doen. Klaar?

Formule om de determinant van een 3⨉3 matrix te vinden

  • Geef een 3⨉3 matrix
Matrix A is een 3 bij 3 vierkante matrix met de elemenen a, b en c op de eerste rij, elementen d, e en f op de tweede rij, en elementen g, h en i op de derde rij. We kunnen de matrix compact schrijven als A = .
  • De determinant kan worden berekend met de volgende formule.
De determinant van matrix A = wordt als volgt berekend: |A| = a maal de determinant van matrix min b maal de determinant van matrix plus c maal de determinant van matrix . In compacte vorm is de determinat van matrix A = a*|e,g;h,i| - b*|d,f;g,i| + c*|d,e;g,h|.

Laten we hier eens een snel voorbeeld van doen.

Vind de determinant van matrix A

Matrix A is een vierkante matrix van 3x3 met de ingangen 6, 2 en -4 op de eerste rij, de ingangen 5, 6 en -2 op de tweede rij, en de ingangen 5,2 en -3 op de derde rij. Daarom kunnen we matrix A schrijven als A = .

Oplossing: Zorg ervoor dat je de formule over hoe je de determinant van een 3×3 matrix vindt zorgvuldig volgt, zoals hierboven is aangegeven. Meer nog, haast je niet bij het uitvoeren van de vereiste rekenkundige bewerkingen in elke stap. Dit is waar veel voorkomende fouten meestal optreden, maar het kan worden voorkomen. Als je het goed doet, moet je oplossing lijken op die hieronder.

Om de determinant van de vierkante (3 bij 3) matrix A = te vinden, hebben we de volgende stappen: |A|=|6,2,-4;5,6,-2;5,2,-3|=6*|6,-2;2,-3| - (2)*|5,-2;5,-3|+(-4)*|5,6;5,2| = 6(-14) - 2(-5) - 4(-20) = -84 +10 + 80 = 6. De determinant van matrix A is dus gelijk aan 6.

Nu is het tijd om de procedure door te nemen voor het gebruik van de regel van Cramer in een lineair stelsel met drie variabelen.

Cramer’s Regels voor stelsels lineaire vergelijkingen met drie variabelen

  • Gegeven een lineair stelsel
Dit is de algemene vorm van een stelsel lineaire vergelijkingen met drie (3) variabelen. De vergelijkingen zijn a1x+b1y+c1z=d1, a2x+b2y+c1z=d2, a3x+b3y+c3z=d3. De x-kolom bevat de constanten a1, a2 en a3. De y-kolom bevat de constanten b1, b2, en b3. De z-kolom tenslotte bevat de constanten c1, c2, en c3. De constante-kolom is dus de kolom rechts van het gelijkheidsteken. Daarom heeft de constante-kolom de constanten d1, d2, en d3.
  • Labeling van elk van de vier matrices

coëfficiëntenmatrix:

De coëfficiëntenmatrix D is een vierkante matrix met de elementen a1,b1 en c1 op de eerste rij; de elementen a2, b2 en c2; en de elementen a3, b3 en c3. We kunnen coëfficiënt-matrix D in compacte vorm schrijven als D = .

X – matrix:

De x-matrix D is een vierkante matrix met de elementen d1,b1 en c1 op de eerste rij; de elementen d2, b2 en c2; en de elementen d3, b3 en c3. X-matrix D kan worden geschreven als Dx = .

Y – matrix:

De y-matrix D is een vierkante matrix met de elementen a1,d1 en c1 op de eerste rij; de elementen a2,d2 en c2; en de elementen a3, d3 en c3. De Y-matrix D kan worden geschreven als Dy = .

Z – matrix:

De z-matrix D is een vierkante matrix met de elementen a1,b1 en d1 op de eerste rij; de elementen a2,b2 en d2; en de elementen a3, b3 en d3. De Z-matrix D kan geschreven worden als Dz = .
  • Om voor x op te lossen:
Om op te lossen voor x, is de formule, x = |Dx|/|D| = (determinant van x-matrix D) gedeeld door (determinant van coëfficiëntenmatrix D) = |d1,b1,c1;d2,b2,c2;d3,b3,c3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.
  • Om voor y op te lossen:
Om op te lossen voor y, is de formule, y = |Dy|/|D| = (determinant van y-matrix D) gedeeld door (determinant van coëfficiëntenmatrix D) = |a1,d1,c1;a2,d2,c2;a3,d3,c3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.
  • Om voor z op te lossen:
Om voor z op te lossen, is de formule: z = |Dz|/|D| = (determinant van z-matrix D) gedeeld door (determinant van coëfficiëntenmatrix D) = |a1,b1,d1;a2,b2,d2;a3,b3,d3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.

Dingen die je uit bovenstaande opzet kunt opmerken:

1) De coëfficiënten van de variabelen x, y, en z maken gebruik van respectievelijk subscripted a, b, en c. Terwijl de constante termen gebruik maken van subscripted d.

2) De noemers om de waarden van x, y, en z te vinden zijn allemaal hetzelfde en dat is de determinant van de coëfficiëntenmatrix (coëfficiënten afkomstig uit de kolommen van x, y, en z).

3) Om voor x op te lossen, worden de coëfficiënten van de x-kolom vervangen door de constante kolom (in rood).

4) Om voor y op te lossen, worden de coëfficiënten van de y-kolom vervangen door de constante kolom (in rood).

5) Op dezelfde manier worden, om voor z op te lossen, de coëfficiënten van de z-kolom vervangen door de constante kolom (in rood).

Voorbeelden van het oplossen van stelsels lineaire vergelijkingen met drie variabelen met behulp van de regel van Cramer

Voorbeeld 1: Los het stelsel met drie variabelen op met behulp van de regel van Cramer.

het stelsel van vergelijkingen met drie (3) variabelen zijn x+2y+3z=-5, 3x+y-3z=4 en -3x+4y+7z=-7

Van het gegeven stelsel van lineaire vergelijkingen, construeer ik de vier matrices die gebruikt zullen worden om de waarden van x, y en z op te lossen.

Gebruik bovenstaande handleiding om deze speciale matrices correct op te stellen.

  • coëfficiëntenmatrix
De coëfficiëntenmatrix D heeft de ingangen 1, 2 en 3 op de eerste rij; de ingangen 3, 1 en -3 op de tweede rij; -3, 4 en 7 op de derde rij. Dit kan worden uitgedrukt als D = .
  • X – matrix
De x-matrix D heeft op de eerste rij de waarden -5, 2 en 3; op de tweede rij de waarden 4, 1 en -3; op de derde rij de waarden -7, 4 en 7. Dit kan worden uitgedrukt als Dx = .
  • Y – matrix
De y-matrix D heeft op de eerste rij de punten 1, -5 en 3. Op de tweede rij de punten 3, 4 en -3; de punten 3, 4 en -3 op de tweede rij; -3, -7 en 7 op de derde rij, die symbolisch kan worden uitgedrukt als Dy = .
  • Z – matrix
De z-matrix D heeft elementen 1, 2 en -5 op de eerste rij; elementen 3, 1 en 4 op de tweede rij; -3, 4 en -7 op de derde rij. Dit kan in wiskundige vorm worden geschreven als Dz = .

Volgende stap is het oplossen van de determinant van elke matrix. Om dit te doen, kan ik handmatig de determinant van elke matrix op papier oplossen met behulp van de bovenstaande formule. Het kan vervelend zijn, maar dat geeft niet, want goede wiskundevaardigheden ontwikkel je door veel problemen te maken.

De waarden van de determinanten staan hieronder vermeld.

Determinanten van elke matrix:

De determinant van coëfficiëntenmatrix D is gelijk aan 40, wat wordt geschreven als |D|=40. De determinant van x-matrix D is gelijk aan -40, dus |Dx|=-40. Ook de y-matrix D heeft een determinantwaarde van 40 en dus is |Dy|=40. Tenslotte heeft de determinant van z-matrix D de waarde -80, wat kan worden uitgedrukt als |Dz|=-80.

De uiteindelijke antwoorden of oplossingen zijn eenvoudig te berekenen of te berekenen als alle benodigde determinanten zijn gevonden.

De opgeloste waarden voor \groot{green}x}, \groot{green}y}, en \groot{green}z}.

Om de waarde van x op te lossen, geldt x = |Dx| gedeeld door |D| = -40/40 = -1; om de waarde van y te vinden, geldt y = |Dy| gedeeld door |D| = 40/40 = 1; en om de waarde van z op te lossen, geldt z = |Dz| gedeeld door |D| = -80/40 = -2. Dat betekent x=-1, y=1 en z=-2.

Het uiteindelijke antwoord geschreven in puntnotatie is links( {x,y,z} rechts) = links( { – 1,1, – 2} rechts).

Voorbeeld 2: Los het stelsel met drie variabelen op met de regel van Cramer.

Het stelsel van lineaire vergelijkingen met drie (3) variabelen x, y, en z zijn -2x-y-3z=3, 2x-3y+z=-13, en 2x-3z=-11

Ik beschouw de coëfficiëntenmatrix eigenlijk als de “primaire” matrix, omdat de andere drie matrices ervan zijn afgeleid. De x-matrix is bijvoorbeeld gewoon de “primaire” matrix met de x-kolom vervangen door de constante kolom (in rood). U ziet dat hetzelfde patroon wordt toegepast bij het construeren van de andere matrices: y en z.

  • coëfficiëntenmatrix
De coëfficiëntenmatrix D heeft de elementen -2, -1 en -3 op de eerste rij; de elementen 2, -3 en 1 op de tweede rij; de elementen 2, 0 en -3 op de derde rij. Dit kan worden uitgedrukt als D = .
  • X – matrix
X-matrix D of Dx heeft op de eerste rij elementen 3, -1 en -3; elementen -13, -3 en 1 op de tweede rij; elementen -11, 0 en -3 op de derde rij. Dit kan worden uitgedrukt als Dx = .
  • Y – matrix
Y-matrix D of Dy heeft de elementen -2, 3 en -3 op de eerste rij; elementen 2, -13 en 1 op de tweede rij; elementen 2, -11 en -3 op de derde rij. Dit kan worden uitgedrukt als Dy = .
  • Z – matrix
Z-matrix D of Dz heeft elementen -2, -1 en 3 op de eerste rij; elementen 2, -3 en -13 op de tweede rij; elementen 2, 0 en -11 op de derde rij. Dit kan worden uitgedrukt als D = .

Na het oplossen van de determinant van elke matrix, heb ik ze allemaal opgeschreven.

Determinanten van elke matrix:

De coëfficiëntenmatrix D heeft een determinantwaarde van -44 of |D|=-44. Terwijl de x-matrix D een determinantwaarde heeft van 176 of |Dx|=176. Bovendien heeft de y-matrix D een determinant van -88 of |Dy|=-88. En z-matrix D tenslotte heeft een determinant van -44 of |Dz|=-44.

De waarden voor x, y en z worden als volgt berekend. Merk op dat x wordt verkregen door de determinant van de x-matrix te delen door de determinant van de coëfficiëntenmatrix. Deze regel geldt ook voor de rest.

Oplossingen voor de waarden van x, y en z.

Nu lossen we de waarden van x, y en z op, we hebben de volgende stappen. Voor x tonen we aan dat x = |Dx| gedeeld door |D| = 176/-44 = -4 dus x = -4. Voor y tonen we aan dat y = |Dy| gedeeld door |D| = -88/-44 = 2 dus y = 2. Voor z tenslotte tonen we aan dat z = |Dz| gedeeld door |D| = -44/-44 = 1 dus z = 1.

Het uiteindelijke antwoord is links( {x,y,z} rechts) = links( { – 4,2,1} rechts).

Voorbeeld 3: Los het stelsel met drie variabelen op met de regel van Cramer.

het stelsel lineaire vergelijkingen met drie variabelen dat in dit voorbeeld moet worden opgelost bevat de volgende vergelijkingen: -y-2z=-8, x+3z=2 en 7x+y+z=0

Dit probleem is veel eenvoudiger dan de eerste twee voorbeelden door de aanwezigheid van nulpunten in de kolommen x, y, en constante. Ziet u het? Wanneer we nul ingangen in een matrix hebben, wordt de berekening van de determinant dramatisch vereenvoudigd.

In feite, naarmate je het aantal nullen in een vierkante matrix verhoogt, wordt het werk dat je moet doen om de determinant te vinden sterk verminderd.

Hier zijn de matrices uit het stelsel van lineaire vergelijkingen.

  • coëfficiëntenmatrix
De coëfficiëntenmatrix D kan in compacte vorm worden geschreven als D =, wat betekent dat de eerste rij de elementen 0, -1 en -2 heeft, de tweede rij de elementen 1, 0 en 3, en ten slotte de derde rij de elementen 7, 1 en 1 heeft.
  • X – matrix
X-matrix D kan in compacte vorm worden geschreven als Dx = wat betekent dat de eerste rij de elementen -8 heeft, -1 en -2 heeft, de tweede rij de elementen 2, 0 en 3, en tenslotte de derde rij de elementen 0, 1 en 1.
  • Y – matrix
Y-matrix D kan in compacte vorm geschreven worden als Dy = wat betekent dat de eerste rij de elementen 0, -8 en -2 heeft, de tweede rij de elementen 1, 2 en 3 heeft, en tenslotte de derde rij de elementen 7, 0 en 1 heeft.
  • Z – matrix
Z-matrix D kan in compacte vorm geschreven worden als Dz = wat betekent dat de eerste rij de elementen 0, -1 en -8, de tweede rij heeft de elementen 1, 0 en 2, en tenslotte heeft de derde rij de elementen 7, 1 en 0.

Oplossend voor hun determinanten, kreeg ik de volgende waarden.

Determinanten van elke matrix:

Dit zijn de waarden van de vier determinanten die we hierboven hebben berekend, namelijk voor coëfficiëntenmatrix D, x-matrix D, y-matrix D en z-matrix D die ons |D|=-22, |Dx|=22, |Dy|=-132 en |Dz|=-22 geven.

Dit leidt ons tot het eenvoudig opstellen en berekenen van de eindantwoorden.

De opgeloste waarden voor \groot{green}x}, en \groot{green}y}, en \groot{green}z}.

Nu om de oplossingen te berekenen, dat wil zeggen om de waarden van x, y en z te vinden, hebben we de volgende opzet. Om voor x op te lossen is x gelijk aan de determinant van de X-matrix D gedeeld door de determinant coëfficiëntenmatrix D wat ons x = |Dx|/|D| = 22/-22 = -1 oplevert. Bovendien, om y op te lossen, is y gelijk aan de determinant van de Y-matrix D gedeeld door de determinant van coëfficiëntenmatrix D wat y = |Dy|/|D| = -132/-22 = 6 oplevert. Tenslotte, om voor z op te lossen, is z gelijk aan de determinant van de Z-matrix D gedeeld door de determinant van coëfficiëntenmatrix D wat ons z = |Dz|/|D| = -22/-22 = 1 geeft. Dus, x=-1, y=6 en z=1.

Het uiteindelijke antwoord is links( {x,y,z} rechts) = links( { – \,1,6,1} rechts).

Voorbeeld 4: Het stelsel met drie variabelen oplossen met de regel van Cramer

In dit voorbeeld lossen we het volgende stelsel lineaire vergelijkingen met drie (3) variabelen op met de methode van de regel van Cramer. De eerste lineaire vergelijking is -2x+y+z=4, de tweede lineaire vergelijking is -4x+2y-z=8, en ten slotte is de derde lineaire vergelijking -6x-3y+z=0.'s Rule method. The first linear equation is -2x+y+z=4, the second linear equation is -4x+2y-z=8, and finally, the third linear equation is -6x-3y+z=0.

Opschrijven van de vier speciale matrices.

  • coëfficiëntenmatrix
De coëfficiëntenmatrix D in wiskundige of symbolische vorm is D = .
  • X – matrix
De X-matrix D in wiskundige of symbolische vorm is Dx = .
  • Y – matrix
De Y-matrix D in wiskundige of symbolische vorm is Dy = .
  • Z – matrix
De Z-matrix D in wiskundige of symbolische vorm is Dz = .

Evalueer elke matrix om de determinant ervan te vinden.

Dit zijn de determinanten van elke matrix:

De determinant van coëfficiëntenmatrix D is gelijk aan 36. De determinant van X-matrix is gelijk aan -36. Terwijl de determinant van Y-matrix D gelijk is aan 72. Tenslotte is de determinant van Z-matrix D gelijk aan 0. De waarden van de vier (4) determinanten in wiskundige of symbolische vorm zijn als volgt: |D|=36, |Dx|=-36, |Dy|=72 en |Dz|=0.

Gebruik de regel van Cramer om de volgende oplossingen te krijgen.

Oplossingswaarden voor \groot{groen}x}, \groot{groen}y}, en \groot{groen}z}.

Na het oplossen van de waarden van de vier determinanten, vinden we vervolgens de oplossingen van het gegeven stelsel lineaire vergelijkingen door de volgende stappen: voor x hebben we x = |Dx|/|D| = -36/36= -1; voor y hebben we y = |Dy|/|D| = 72/36= 2 ; voor z hebben we z = |Dz|/|D| = 0/36 = 0. Dus, x=-1, y = 2 en z = 0.

Het uiteindelijke antwoord is links( {x,y,z} rechts) = links( { – \,1,2,0} rechts).

Voorbeeld 5: Los het stelsel met drie variabelen op met de regel van Cramer

Hier volgt het op te lossen stelsel lineaire vergelijkingen met drie variabelen: {x-8y+z=4, -x+2y+z=2, z-y+2z=-1}.

Laten we nog een laatste voorbeeld doen! Ik hoop dat je nu genoeg oefening hebt gehad in het oplossen van stelsels met drie variabelen met behulp van de regel van Cramer.

Ik stel voor dat je dit eerst op papier oplost en dan terugkomt om je antwoord te vergelijken. Maak je geen zorgen, niemand kijkt mee. 👀 Als je klaar bent, scroll je naar beneden om de oplossing te zien.

Bouw de vier speciale matrices.

  • coëfficiëntenmatrix
De eerste matrix heet de coëfficiëntenmatrix D waarvan de eerste rij de elementen 1, -8 en 1 bevat; en de tweede rij de elementen -1, 2 en 1; en de derde rij de elementen 1, -1 en 2. We kunnen deze coefficientenmatrix D in dichtvorm of compact schrijven als D = .
  • X – matrix
De tweede matrix wordt de X- matrix D genoemd, waarbij de eerste rij de elementen 4, -8 en 1 bevat; en de tweede rij bevat de elementen 2, 2 en 1; en de derde rij bevat de elementen -1, -1 en 2. We kunnen deze X-matrix D in dichtvorm of compact schrijven als Dx = .
  • Y – matrix
De derde matrix wordt de Y-matrix D genoemd, waarbij de eerste rij de elementen 1, 4 en 1 bevat; en de tweede rij bevat de elementen -1, 2 en 1; en de derde rij bevat de elementen 1, -1 en 2. We kunnen deze Y-matrix D in dichtvorm of compact schrijven als Dy = .
  • Z – matrix
De vierde matrix wordt de Z-matrix D genoemd, waarbij de eerste rij de elementen 1, -8 en 4 bevat; en de tweede rij bevat de elementen -1, 2 en 2; en de derde rij bevat de elementen 1, -1 en -1. We kunnen deze Z-matrix D in condense of compact schrijven als Dy = .

Vind de determinant van elke vierkante matrix.

Determinanten van elke matrix

Dit zijn de numerieke waarden van de determinanten van de vier matrices namelijk coëfficiëntenmatrix, x-matrix, y-matrix, en z-matrix. Voor de coëfficiëntenmatrix is de determinant |D|=-20. Voor de x-matrix is de determinant |Dx| = 60. Voor de y-matrix is de determinant |Dy|=16. En tenslotte is de determinant van de z-matrix |Dz|=-12.

Oplos voor x, y en z met behulp van de gegeven formule.

Oplos voor \groot{groen}x}, \groot{groen}y}, en \groot{groen}z}.

Om de oplossing van het stelsel lineaire vergelijkingen met de regel van Cramer met 3 variabelen te vinden, moet je de waarden van x, y, en z vinden die overeenkomen met het punt (x,y,z). Dus, voor x = |Dx|/|D| = 60/-20 = -3; voor y = |Dy|/|D| = 16/-20 = -4/5; en tenslotte, voor z= |Dz|/|D| = -12/-20 = 3/5. De sleutel is om de determinant van x-matrix, y-matrix, of z-matrix te delen door de determinant van de coëfficiënt, afhankelijk van wat je wilt vinden.'s Rule with 3 Variables involves finding the values of x, y, and z which corresponds to the point (x,y,z). So, for x = |Dx|/|D| = 60/-20 = -3; for y = |Dy|/|D| = 16/-20 = -4/5; and lastly, for z= |Dz|/|D| = -12/-20 = 3/5. The key is to divide the determinant of x-matrix, y-matrix, or z-matrix by the determinant of the coefficient depending on what you want to find.

Doen! Het uiteindelijke antwoord in puntvorm is links( {x,y,z}} rechts) = {groot} links( { – \,3, – {4 \over 5},{3 \over 5}} rechts)}}.

Oefenen met werkbladen

Je bent misschien ook geïnteresseerd in:

Cramer’s Regel 2×2

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *