高等数学

Wang Haihua

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方程组(System of Equations)

\begin{align} 3x+6y+2z&=-13\\ x+2y+z&=-5\\ -5x-10y-2z&=19 \end{align}

增广矩阵(Augumented Matrix)

$$ \left[\begin{matrix}3 & 6 & 2 & -13\\1 & 2 & 1 & -5\\-5 & -10 & -2 & 19\end{matrix}\right] $$$$ \left( \left[\begin{matrix}1 & 2 & 0 & -3\\0 & 0 & 1 & -2\\0 & 0 & 0 & 0\end{matrix}\right], \ \left( 0, \ 2\right)\right) $$

简化阶梯型矩阵(Reduced Row Echelon Form)

例子

考虑这个问题:已知点$(1,3)$,$(2, -2)$ ,$(3, -5)$, and $(4, 0)$,如何找到一个经过这些点的三次多项式?

三次多项式的形式为

\begin{align} y=a_0+a_1x+a_2x^2+a_3x^3 \end{align}

我们将点代入

\begin{align} (x,y)&=(1,3)\qquad\longrightarrow\qquad \ 2=a_0+3a_1+9a_2 +27a_3 \\ (x,y)&=(2,-2)\qquad\longrightarrow\qquad 3=a_0+a_1+a_2+a_3\\ (x,y)&=(3,-5)\qquad\longrightarrow\qquad 2=a_0-4a_1+16a_2-64a_3\\ (x,y)&=(4,0)\qquad\longrightarrow\qquad -2=a_0+2a_1+4a_2+8a_3 \end{align}

增广矩阵是 $$ \left[\begin{matrix}1 & 1 & 1 & 1 & 3\\1 & 2 & 4 & 8 & -2\\1 & 3 & 9 & 27 & -5\\1 & 4 & 16 & 64 & 0\end{matrix}\right] $$

解得最简阶梯形矩阵为

$$ \left[\begin{matrix}1 & 0 & 0 & 0 & 4\\0 & 1 & 0 & 0 & 3\\0 & 0 & 1 & 0 & -5\\0 & 0 & 0 & 1 & 1\end{matrix}\right] $$

最后一列是解,即三次多项式的系数。所求三次多项式为 \begin{align} y = 4 + 3x - 5x^2 + x^3 \end{align}


$$\left[\begin{matrix}1 & 0 & 0 & 0 & 4\\0 & 1 & 0 & 0 & 3\\0 & 0 & 1 & 0 & -5\\0 & 0 & 0 & 1 & 1\end{matrix}\right]$$