Regola di Cramer per un sistema 3×3 (con tre variabili)

Nella nostra lezione precedente, abbiamo studiato come usare la Regola di Cramer con due variabili. Il nostro obiettivo qui è quello di espandere l’applicazione della Regola di Cramer a tre variabili di solito in termini di ¤large{x}, ¤large{y} e ¤large{z}. Andrò oltre cinque (5) esempi lavorati per aiutarti a familiarizzare con questo concetto.

Per fare bene questo argomento, devi avere un’idea su come trovare il determinante di una matrice 3⨉3. Quindi, questo è ciò che faremo per prima cosa. Pronti?

Formula per trovare il determinante di una matrice 3⨉3

  • Data una matrice 3⨉3
La matrice A è una matrice quadrata 3 per 3 con elementi a, b e c sulla prima riga, gli elementi d, e e f sulla seconda riga, e gli elementi g, h e i sulla terza riga. Possiamo scrivere la matrice in modo compatto come A = .
  • Il suo determinante può essere calcolato usando la seguente formula.
Il determinante della matrice A = è calcolato come segue: |A| = a volte il determinante della matrice meno b volte il determinante della matrice più c volte il determinante della matrice . In forma compatta, il determinante della matrice A è |A| = a*|e,g;h,i| - b*|d,f;g,i| + c*|d,e;g,h||.

Facciamo un rapido esempio di questo.

Trovare il determinante della matrice A

La matrice A è una matrice quadrata 3x3 con voci 6, 2 e -4 sulla sua prima riga, voci 5, 6 e -2 sulla sua seconda riga, e voci 5,2 e -3 sulla sua terza riga. Quindi possiamo scrivere la matrice A come A = .

Soluzione: Assicuratevi di seguire attentamente la formula su come trovare il determinante di una matrice 3×3, come mostrato sopra. Ancora di più, non abbiate fretta quando eseguite le operazioni aritmetiche richieste in ogni passo. Questo è il punto in cui di solito si verificano errori comuni, ma può essere evitato. Quando lo fate bene, la vostra soluzione dovrebbe essere simile a quella qui sotto.

Per trovare il determinante della matrice quadrata (3 per 3) A = , abbiamo i seguenti passi: |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. Pertanto, il determinante della matrice A è uguale a 6.

Ora, è il momento di esaminare la procedura su come utilizzare la Regola di Cramer in un sistema lineare che coinvolge tre variabili.

Regole di Cramer per sistemi di equazioni lineari con tre variabili

  • Dato un sistema lineare
Questa è la forma generale di un sistema di equazioni lineari con tre (3) variabili. Le equazioni sono a1x+b1y+c1z=d1, a2x+b2y+c1z=d2, a3x+b3y+c3z=d3. La colonna x contiene le costanti a1, a2 e a3. La colonna y contiene le costanti b1, b2 e b3. Infine, la colonna z contiene le costanti c1, c2 e c3. Inoltre, la colonna delle costanti è la colonna a destra del simbolo di uguale. Pertanto, la colonna costante ha le costanti d1, d2 e d3.
  • etichettatura di ciascuna delle quattro matrici

matrice dei coefficienti:

La matrice dei coefficienti D è una matrice quadrata con elementi a1,b1 e c1 sulla prima riga; elementi a2, b2 e c2; ed elementi a3, b3 e c3. Possiamo scrivere la matrice dei coefficienti D in forma compatta come D = .

X – matrice:

La x-matrice D è una matrice quadrata con elementi d1,b1 e c1 sulla prima riga; elementi d2, b2 e c2; ed elementi d3, b3 e c3. La matrice X D può essere scritta come Dx = .

Y – matrice:

La matrice y D è una matrice quadrata con elementi a1,d1 e c1 sulla prima riga; elementi a2,d2 e c2; ed elementi a3, d3 e c3. La matrice Y D può essere scritta come Dy = .

Z – matrice:

La matrice z D è una matrice quadrata con elementi a1,b1 e d1 sulla prima riga; elementi a2,b2 e d2; ed elementi a3, b3 e d3. La matrice Z D può essere scritta come Dz = .
  • Per risolvere x:
Per risolvere x, la formula è, x = |Dx|/|D| = (determinante della matrice x D) diviso per (determinante della matrice coefficiente D) = |d1,b1,c1;d2,b2,c2;d3,b3,c3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.
  • Per risolvere y:
Per risolvere y, la formula è, y = |Dy|/|D| = (determinante della matrice y D) diviso per (determinante della matrice coefficiente D) = |a1,d1,c1;a2,d2,c2;a3,d3,c3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.
  • Per risolvere z:
Per risolvere z, la formula è, z = |Dz|/|D| = (determinante della matrice z D) diviso per (determinante della matrice coefficiente D) = |a1,b1,d1;a2,b2,d2;a3,b3,d3| / |a1,b1,c1;a2,b2,c2;a3,b3,c3|.

Cose da osservare dalla configurazione di cui sopra:

1) I coefficienti delle variabili x, y e z fanno uso di pedici a, b e c, rispettivamente. Mentre i termini costanti usano la pedice d.

2) I denominatori per trovare i valori di x, y e z sono tutti uguali, che è il determinante della matrice dei coefficienti (coefficienti provenienti dalle colonne di x, y e z).

3) Per risolvere x, i coefficienti della colonna x sono sostituiti dalla colonna costante (in rosso).

4) Per risolvere y, i coefficienti della colonna y sono sostituiti dalla colonna costante (in rosso).

5) Allo stesso modo, per risolvere z, i coefficienti della colonna z sono sostituiti dalla colonna costante (in rosso).

Esempi di come risolvere sistemi di equazioni lineari con tre variabili usando la regola di Cramer

Esempio 1: Risolvere il sistema con tre variabili con la regola di Cramer.

il sistema di equazioni con tre (3) variabili sono x+2y+3z=-5, 3x+y-3z=4 e -3x+4y+7z=-7

Dal sistema di equazioni lineari dato, costruirò le quattro matrici che saranno utilizzate per risolvere i valori di \large{color{green}x}, \large{color{green}y} e \large{color{green}z}.

Utilizza la guida sopra per impostare correttamente queste matrici speciali.

  • matrice dei coefficienti
La matrice dei coefficienti D ha voci 1, 2 e 3 sulla sua prima riga; voci 3, 1 e -3 sulla sua seconda riga; -3, 4 e 7 sulla sua terza riga. Questo può essere espresso come D = .
  • X – matrice
La matrice x D ha voci -5, 2 e 3 sulla sua prima riga; voci 4, 1 e -3 sulla sua seconda riga; -7, 4 e 7 sulla sua terza riga. Questo può essere espresso come Dx = .
  • Y – matrice
La matrice y D ha voci 1, -5 e 3 sulla sua prima riga; voci 3, 4 e -3 sulla sua seconda riga; -3, -7 e 7 sulla sua terza riga che può essere espressa simbolicamente come Dy = .
  • Z – matrice
La matrice z D ha elementi 1, 2 e -5 sulla prima riga; elementi 3, 1 e 4 sulla seconda riga; -3, 4 e -7 sulla terza riga. Questo può essere scritto in forma matematica come Dz = .

In seguito, risolverò il determinante di ogni matrice. Per fare questo, posso risolvere manualmente il determinante di ogni matrice sulla carta usando la formula fornita sopra. Può essere noioso, ma va bene perché le buone abilità matematiche si sviluppano facendo molti problemi.

I valori dei determinanti sono elencati qui sotto.

Determinanti di ogni matrice:

Il determinante della matrice coefficiente D è uguale a 40 che si scrive come |D|=40. Il determinante della matrice x D è uguale a -40, quindi, |Dx|=-40. Inoltre, la matrice y D ha un valore determinante di 40 e quindi |Dy|=40. Infine, il determinante della matrice z D ha il valore di -80 che può essere espresso come |Dz|=-80.

Le risposte finali o le soluzioni sono facilmente calcolate una volta trovati tutti i determinanti richiesti.

Valori risolti per \large{color{green}x}, \large{color{green}y} e \large{color{green}z}.

Per risolvere la x, x = |Dx| diviso |D| = -40/40 = -1; per trovare il valore di y abbiamo y = |Dy| diviso |D| = 40/40 = 1; e infine per risolvere il valore di z abbiamo z = |Dz| diviso |D| = -80/40 = -2. Questo significa che x=-1, y=1 e z=-2.

La risposta finale scritta in notazione puntiforme è \color{blu} \left( {x,y,z} \right) = \left( { – 1,1, – 2} \right).

Esempio 2: Risolvere il sistema a tre variabili con la Regola di Cramer.

Il sistema di equazioni lineari con tre (3) variabili x, y e z sono -2x-y-3z=3, 2x-3y+z=-13, e 2x-3z=-11

In realtà considero la matrice dei coefficienti come la matrice “primaria” perché le altre tre matrici sono derivate da essa. Per esempio, la matrice x è solo la matrice “primaria” con la colonna x sostituita dalla colonna della costante (in rosso). Si può osservare che lo stesso schema è applicato nella costruzione delle altre matrici: y e z.

  • matrice coefficiente
La matrice coefficiente D ha elementi -2, -1 e -3 sulla sua prima riga; elementi 2, -3 e 1 sulla sua seconda riga; elementi 2, 0 e -3 sulla sua terza riga. Questo può essere espresso come D = .
  • X – matrice
X-matrice D o Dx ha elementi 3, -1 e -3 sulla sua prima riga; elementi -13, -3 e 1 sulla sua seconda riga; elementi -11, 0 e -3 sulla sua terza riga. Questo può essere espresso come Dx = .
  • Y – matrice
La matrice D o Dy ha elementi -2, 3 e -3 sulla sua prima riga; elementi 2, -13 e 1 sulla sua seconda riga; elementi 2, -11 e -3 sulla sua terza riga. Questo può essere espresso come Dy = .
  • Z – matrice
La matrice D o Dz ha elementi -2, -1 e 3 sulla sua prima riga; elementi 2, -3 e -13 sulla sua seconda riga; elementi 2, 0 e -11 sulla sua terza riga. Questo può essere espresso come D = .

Dopo aver risolto il determinante di ogni matrice, li ho tutti scritti.

Determinanti di ogni matrice:

La matrice coefficiente D ha un valore determinante di -44 o |D|=-44. Mentre, la matrice x D ha un valore determinante di 176 o |Dx|=176. Inoltre, la matrice y D ha un determinante di -88 o |Dy|=-88. Infine, la matrice z D ha un determinante di -44 o |Dz|=-44.

I valori di x, y e z sono calcolati come segue. Notate che x si ottiene prendendo il determinante della matrice x diviso il determinante della matrice dei coefficienti. Questa regola vale per il resto.

Valori risolti per x, y e z.

Ora risolvendo i valori di x, y e z, abbiamo i seguenti passi. Per x, mostriamo che x = |Dx| diviso per |D| = 176/-44 = -4 quindi x = -4. Per y, mostriamo che y = |Dy| diviso per |D| = -88/-44 = 2 quindi y = 2. Infine per z, mostriamo che z = |Dz| diviso per |D| = -44/-44 = 1 quindi z = 1.

La nostra risposta finale è \color{blu}\sinistra( {x,y,z} destra) = \sinistra( { – \,4,2,1} destra).

Esempio 3: Risolvere il sistema a tre variabili con la regola di Cramer.

il sistema di equazioni lineari a tre variabili da risolvere in questo esempio contiene le seguenti equazioni: -y-2z=-8, x+3z=2 e 7x+y+z=0

Questo problema è molto più facile dei primi due esempi per la presenza di voci zero nelle colonne x, y e costante. Lo vedete? Quando abbiamo voci zero in una matrice, il calcolo della sua determinazione è drammaticamente semplificato.

In effetti, man mano che si aumenta il numero di zeri in una matrice quadrata, il lavoro fatto per trovare il suo determinante si riduce notevolmente.

Ecco le matrici estratte dal sistema di equazioni lineari.

  • matrice determinante
La matrice determinante D può essere scritta in forma compatta come D = che significa che la prima riga ha gli elementi 0, -1 e -2, la seconda riga ha gli elementi 1, 0, e 3, e infine la terza riga ha gli elementi 7, 1 e 1.
  • X – matrice
La matrice D può essere scritta in forma compatta come Dx = che significa che la prima riga ha gli elementi -8, -1 e -2, la seconda riga ha elementi 2, 0 e 3, e infine la terza riga ha elementi 0, 1 e 1.
  • Y – matrice
La matrice D può essere scritta in forma compatta come Dy = che significa che la prima riga ha gli elementi 0, -8 e -2, la seconda riga ha gli elementi 1, 2 e 3, e infine la terza riga ha gli elementi 7, 0 e 1.
  • Z – matrice
La matrice Z D può essere scritta in forma compatta come Dz = che significa che la prima riga ha gli elementi 0, -1 e -8, la seconda riga ha gli elementi 1, 0 e 2, e infine la terza riga ha gli elementi 7, 1 e 0.

Solvendo i loro determinanti, ho ottenuto i seguenti valori.

Determinanti di ogni matrice:

Questi sono i valori dei quattro determinanti che abbiamo calcolato sopra, cioè per la matrice coefficiente D, la matrice x D, la matrice y D e la matrice z D che ci danno |D|=-22, |Dx|=22, |Dy|=-132 e |Dz|=-22.

Questo ci porta a impostare e calcolare facilmente le risposte finali.

I valori risolti per \large{color{green}x}, \large{color{green}y} e \large{color{green}z}.

Ora per calcolare le soluzioni, cioè per trovare i valori di x, y e z, abbiamo la seguente configurazione. Per risolvere x, x è uguale al determinante della matrice X D diviso per la matrice coefficiente determinante D che ci dà x = |Dx|/|D|| = 22/-22 = -1. Inoltre, per risolvere y, y è uguale al determinante della matrice Y D diviso per il determinante della matrice coefficiente D che ci dà y = |Dy|/|D| = -132/-22 = 6. Infine, per risolvere z, z è uguale al determinante della matrice Z D diviso il determinante della matrice dei coefficienti D che ci dà z = |Dz|/|D| = -22/-22 = 1. Pertanto, x=-1, y=6 e z=1.

La risposta finale è \color{blu} \left( {x,y,z} \right) = \left( { – \,1,6,1} \right).

Esempio 4: Risolvere il sistema a tre variabili con la Regola di Cramer

In questo esempio, risolveremo il seguente sistema di equazioni lineari a tre (3) variabili usando il metodo della Regola di Cramer. La prima equazione lineare è -2x+y+z=4, la seconda equazione lineare è -4x+2y-z=8, e infine, la terza equazione lineare è -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.

Scrivi le quattro matrici speciali.

  • matrice dei coefficienti
La matrice dei coefficienti D in forma matematica o simbolica è D = .
  • X – matrice
La matrice X D in forma matematica o simbolica è Dx = .
  • Y – matrice
La matrice Y D in forma matematica o simbolica è Dy = .
  • Z – matrice
La matrice Z D in forma matematica o simbolica è Dz = .

Valutiamo ogni matrice per trovare il suo determinante.

Questi sono i determinanti di ogni matrice:

Il determinante della matrice coefficiente D è uguale a 36. Il determinante della matrice X è uguale a -36. Mentre il determinante della matrice Y D è uguale a 72. Infine, il determinante della matrice Z D è uguale a 0. I valori dei quattro (4) determinanti in forma matematica o simbolica sono i seguenti: |D|=36, |Dx|=-36, |Dy|=72 e |Dz|=0.

Utilizzare la regola di Cramer per ottenere le seguenti soluzioni.

Valori risolti per \large{color{green}x}, \large{color{green}y} e \large{color{green}z}.

Dopo aver risolto i valori dei quattro determinanti, troviamo le soluzioni del sistema di equazioni lineari dato con i seguenti passi: per x, abbiamo x = |Dx|/|D| = -36/36= -1; per y, abbiamo y = |Dy|/|D| = 72/36= 2 ; per z, abbiamo z = |Dz|/|D| = 0/36 = 0. Pertanto, x=-1, y = 2 e z = 0.

La risposta finale è \color{blu}\sinistra( {x,y,z} \destra) = \sinistra( { – \,1,2,0} \destra).

Esempio 5: Risolvere il sistema a tre variabili con la regola di Cramer

Ecco il sistema di equazioni lineari a tre variabili da risolvere: {x-8y+z=4, -x+2y+z=2, z-y+2z=-1}.

Facciamo un ultimo esempio! Spero che a questo punto tu abbia fatto abbastanza pratica su come risolvere sistemi con tre variabili usando la Regola di Cramer.

Ti suggerisco di risolvere prima questo su carta e poi tornare per confrontare la tua risposta. Non preoccuparti, nessuno sta guardando. 👀 Quando sei pronto, scorri in basso per vedere la soluzione.

Costruisci le quattro matrici speciali.

  • matrice dei coefficienti
La prima matrice è chiamata matrice dei coefficienti D dove la prima riga contiene le voci di 1, -8 e 1; e la seconda riga contiene le voci di -1, 2 e 1; e la terza riga contiene gli elementi di 1, -1 e 2. Possiamo scrivere questa matrice di coefficienti D in condensa o compatta per come D = .
  • X – matrice
La seconda matrice è chiamata matrice X- D dove la prima riga contiene le voci di 4, -8 e 1; e la seconda riga contiene le voci di 2, 2 e 1; e la terza riga contiene gli elementi di -1, -1 e 2. Possiamo scrivere questa matrice X D in condensa o compatta per come Dx = .
  • Y – matrice
La terza matrice è chiamata matrice Y D dove la prima riga contiene gli elementi di 1, 4 e 1; e la seconda riga contiene gli elementi di -1, 2 e 1; e la terza riga contiene gli elementi di 1, -1 e 2. Possiamo scrivere questa matrice Y D in condensa o compatta per come Dy = .
  • Z – matrice
La quarta matrice è chiamata matrice Z D dove la prima riga contiene gli elementi di 1, -8 e 4; e la seconda riga contiene gli elementi di -1, 2 e 2; e la terza riga contiene gli elementi di 1, -1 e -1. Possiamo scrivere questa matrice Z D in condensa o compatta per come Dy = .

Trovare il determinante di ogni matrice quadrata.

Determinanti di ogni matrice

Questi sono i valori numerici dei determinanti delle quattro matrici: matrice coefficiente, matrice x, matrice y e matrice z. Per la matrice dei coefficienti, il determinante è |D|=-20. Per la matrice x, il determinante è |Dx| = 60. Per la matrice y, il determinante è |Dy|=16. E, infine, il determinante della matrice z è Dz=-12.

Solvere per x, y e z usando la formula data.

Valori risolti per \large{color verde}x}, \large{color verde}y} e \large{color verde}z}.

Per trovare la soluzione del sistema di equazioni lineari usando la Regola di Cramer con 3 variabili bisogna trovare i valori di x, y e z che corrispondono al punto (x,y,z). Quindi, per x = |Dx|/|D| = 60/-20 = -3; per y = |Dy|/|D| = 16/-20 = -4/5; e infine, per z= |Dz|/|D| = -12/-20 = 3/5. La chiave è dividere il determinante della matrice x, della matrice y o della matrice z per il determinante del coefficiente a seconda di ciò che si vuole trovare.'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.

Fatto! La risposta finale in forma puntiforme è \color{blu} \sinistra( {x,y,z} \destra) = {grandioso { {sinistra( { – \,3, – {4 \su 5},{3 \su 5}} \destra)}}.

Pratica con i fogli di lavoro

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