求解三元一次联立方程组:请求分步推导x、y、z的解法
首先,咱们先把原方程组整理成标准线性方程组形式(把含未知数的项移到左侧,常数项移到右侧),并给每个方程编号方便后续引用:
$$ \begin{cases}
-14x + 8y + 5z = -10 \quad (1) \
-x - 2y - 6z = -10 \quad (2) \
-9x + 12y - 2z = -10 \quad (3)
\end{cases} $$
第一步:消去未知数x,得到二元一次方程组
观察方程(2),x的系数是-1,是最容易处理的,咱们用它来消去另外两个方程里的x:
处理方程(1)和(2):
- 将方程(2)两边同时乘以14,得到方程(4):
$$ -14x - 28y - 84z = -140 \quad (4) $$ - 用方程(1)减去方程(4)(这样能直接消去x项):
$$ (-14x + 8y + 5z) - (-14x - 28y - 84z) = -10 - (-140) $$
展开计算:
$$ -14x +8y +5z +14x +28y +84z = 130 $$
合并同类项后得到方程(5):
$$ 36y + 89z = 130 \quad (5) $$
- 将方程(2)两边同时乘以14,得到方程(4):
处理方程(3)和(2):
- 将方程(2)两边同时乘以9,得到方程(6):
$$ -9x - 18y - 54z = -90 \quad (6) $$ - 用方程(3)减去方程(6)(同样消去x项):
$$ (-9x +12y -2z) - (-9x -18y -54z) = -10 - (-90) $$
展开计算:
$$ -9x +12y -2z +9x +18y +54z = 80 $$
合并同类项后得到方程(7):
$$ 30y + 52z = 80 \quad (7) $$
- 将方程(2)两边同时乘以9,得到方程(6):
现在咱们得到了只含y和z的二元一次方程组:
$$ \begin{cases}
36y + 89z = 130 \quad (5) \
30y + 52z = 80 \quad (7)
\end{cases} $$
第二步:求解二元一次方程组,得到y和z的值
为了消去y,先找到36和30的最小公倍数180,对两个方程进行缩放:
- 将方程(5)两边乘以5,得到方程(8):
$$ 180y + 445z = 650 \quad (8) $$ - 将方程(7)两边乘以6,得到方程(9):
$$ 180y + 312z = 480 \quad (9) $$ - 用方程(8)减去方程(9),消去y:
$$ (180y +445z) - (180y +312z) = 650 - 480 $$
计算得:
$$ 133z = 170 $$
解得:
$$ z = \frac{170}{133} \approx 1.278 $$
接下来把z的值代入方程(7),求解y:
$$ 30y + 52\times\frac{170}{133} = 80 $$
先计算常数项:
$$ 52\times\frac{170}{133} = \frac{8840}{133} $$
移项得:
$$ 30y = 80 - \frac{8840}{133} $$
把80转化为分母133的分数:
$$ 80 = \frac{10640}{133} $$
所以:
$$ 30y = \frac{10640 - 8840}{133} = \frac{1800}{133} $$
解得:
$$ y = \frac{1800}{133\times30} = \frac{60}{133} \approx 0.451 $$
第三步:将y和z的值代入原方程,求解x
咱们选方程(2)(因为x的系数是-1,计算最省事):
$$ -x -2y -6z = -10 $$
移项得:
$$ x = 10 -2y -6z $$
代入y和z的分数值:
$$ x = 10 - 2\times\frac{60}{133} -6\times\frac{170}{133} $$
计算各项:
$$ 2\times\frac{60}{133} = \frac{120}{133}, \quad 6\times\frac{170}{133} = \frac{1020}{133} $$
所以:
$$ x = 10 - \frac{120 + 1020}{133} = 10 - \frac{1140}{133} $$
把10转化为分母133的分数:
$$ 10 = \frac{1330}{133} $$
因此:
$$ x = \frac{1330 - 1140}{133} = \frac{190}{133} \approx 1.429 $$
验证解的正确性
为了确保解没问题,咱们把x、y、z的值代入原方程组的方程(1)试试:
$$ 10 -14x +8y +5z = 10 -14\times\frac{190}{133} +8\times\frac{60}{133} +5\times\frac{170}{133} $$
计算各项:
$$ 14\times\frac{190}{133} = \frac{2660}{133}, \quad 8\times\frac{60}{133} = \frac{480}{133}, \quad5\times\frac{170}{133} = \frac{850}{133} $$
代入得:
$$ 10 - \frac{2660}{133} + \frac{480}{133} + \frac{850}{133} = 10 - \frac{2660 - 480 -850}{133} = 10 - \frac{1330}{133} = 10 -10 =0 $$
完全符合方程(1)的等式,说明咱们的解是正确的。
内容的提问来源于stack exchange,提问作者someone anyone

