Cramersche Regel für ein 2×2-System (mit zwei Variablen)

Die Cramersche Regel ist eine weitere Methode, die lineare Gleichungssysteme mit Hilfe von Determinanten lösen kann.

In Bezug auf die Notation ist eine Matrix eine Reihe von Zahlen, die von eckigen Klammern umschlossen sind, während die Determinante eine Reihe von Zahlen ist, die von zwei senkrechten Balken umschlossen sind.

Notationen

Eckige Klammern bezeichnen eine Matrix, zum Beispiel
vertikale Balken (auch "Pipes" genannt) zeigen eine Determinante einer Matrix an, zum Beispiel | a,b ; c,d |"pipes") indicate a determinant of a matrix, for example, | a,b ; c,d |

Die Formel zum Finden der Determinante einer 2 x 2 Matrix ist sehr einfach.

Lassen Sie uns einen kurzen Blick darauf werfen:

Die Determinante einer 2 x 2 Matrix

Lassen Sie die Matrix A mit den Einträgen a und b in der ersten Zeile und c und d in der zweiten Zeile als A = ausdrücken. Dann sei die Determinante der Matrix A |A| = Determinante von = |a,b;c,d| = a*d-b*c.

Schnelle Beispiele, wie man die Determinanten einer 2 x 2 Matrix findet

Beispiel 1: Finden Sie die Determinante der folgenden Matrix A.

Matrix A ist eine 2x2-Quadratmatrix mit den Elementen 1 und 2 in der ersten Zeile und den Elementen 3 und 4 in der zweiten Zeile. Alternativ können wir die Matrix A schreiben als A = .
Die Determinante der Matrix A, die geschrieben werden kann als det = |A| = |1,2;3,4| = (1)(4) - (2)(3) = 4-6 = -2. Daher ist die Determinante der Matrix A negativ 2.

Beispiel 2: Finden Sie die Determinante der folgenden Matrix B.

Matrix B ist eine 2 mal 2 Quadratmatrix mit den Einträgen 5 und -1 in der ersten Zeile und den Einträgen 2 und -3 in der zweiten Zeile. Diese Matrix kann als B= ausgedrückt werden.
Die Determinante der Matrix B, die geschrieben werden kann als det = |B| = |5,-1;2,-3| = (5)(-3) - (-1)(2) = -15-(-2) = -15 + 2 = -13. Damit ist die Determinante der Matrix B negativ 13.

Beispiel 3: Finden Sie die Determinante der folgenden Matrix C.

Matrix C ist eine quadratische Matrix mit zwei Zeilen und zwei Spalten. Die Elemente der ersten Zeile sind -1 und 3, während die Elemente der zweiten Zeile -7 und -9 sind. Somit ist die Matrix C = .
Die Determinante der Matrix C, die geschrieben werden kann als det = |C| = |-1,3;-7,-9| = (-1)(-9) - (3)(-7) = 9+21 = -15 + 2 = 30. Somit ist die Determinante der Matrix C positiv 30.

Nachdem Sie wissen, wie man die Determinante einer 2 x 2 Matrix findet, sind Sie nun bereit, die Prozeduren oder Schritte zu lernen, wie man die Cramersche Regel verwendet. Los geht’s!

Cramersche Regeln für lineare Gleichungssysteme mit zwei Variablen

  • Gegeben ein lineares System
Dies ist ein Diagramm, das ein lineares Gleichungssystem zeigt, bei dem die erste lineare Gleichung a1x+b1y=c1 ist, während die zweite a2x+b2y=c2 ist. Die x-Spalte (auch als erste Spalte bezeichnet) enthält die Konstanten, die mit der Variablen x verbunden sind, die y-Spalte (auch als zweite Spalte bezeichnet) enthält die Konstanten, die mit der Variablen y verbunden sind, und schließlich enthält die Konstanten-Spalte (auch als dritte Spalte bezeichnet) nur die Konstanten, d. h. nur Konstanten ohne irgendwelche Variablen, die mit ihnen verbunden sind.
  • Vergeben Sie Namen für jede Matrix

Koeffizientenmatrix:

Matrix D wird auch als "Koeffizientenmatrix" bezeichnet, mit den Einträgen a1 und b1 in der ersten Zeile und den Einträgen a2 und b2 in der zweiten Zeile. Wir können dies als Koeffizientenmatrix D = schreiben."coefficient matrix" with entries a1 and b1 on the first row, and entries a2 and b2 on the second row. We can write this as coefficient matrix D = .

X – Matrix:

Matrix Dx (gelesen als "D tiefgestelltes x") wird auch als "x-Matrix" bezeichnet, mit den Elementen c1 und b1 in der ersten Zeile und den Elementen c1 und b2 in der zweiten Zeile. Dies kann geschrieben werden als, x-Matrix, Dx = ."D subscript x") is also known as the "x-matrix" with elements c1 and b1 on the first row, and elements c1 and b2 on the second row. This can be written as, x-matrix, Dx = .

Y – Matrix:

Matrix Dy (gelesen als "D tiefgestellt y") wird auch als "y-Matrix" bezeichnet, mit den Elementen a1 und c1 in der ersten Zeile und den Elementen a2 und c2 in der zweiten Zeile. Dies kann geschrieben werden als, y-Matrix, Dy = ."D subscript y") is also known as the "y-matrix" with elements a1 and c1 on the first row, and elements a2 and c2 on the second row. This can be written as, y-matrix, Dy = .

Um die Variable x zu lösen.

Um für x zu lösen, lautet die Formel: x = Dx/D = (Determinante der x-Matrix) geteilt durch (Determinante der Koeffizientenmatrix) = |c1,b1;c2,b2| / |a1,b1;a2,b2|.

Um die Variable y zu lösen.

Um y zu lösen, lautet die Formel: y = Dy/D = (Determinante der y-Matrix) geteilt durch (Determinante der Koeffizientenmatrix) = |a1,c1;a2,c2| / |a1,b1;a2,b2|.

Einige Punkte, die bei der Betrachtung der Formel zu beachten sind:

1) Die Spalten von \large{x}, \large{y} und die konstanten Terme \large{c} ergeben sich wie folgt:

2x1-Matrizen der Spalten x, y und Konstante

2) Die beiden Nenner beim Lösen von \large{x} und \large{y} sind gleich. Sie stammen aus den Spalten von \large{x} und \large{y}.

D =

3) Betrachtet man den Zähler beim Lösen von \large{x}, so werden die Koeffizienten der \large{x}-Spalte durch die Konstanten-Spalte (in rot) ersetzt.

Dx=

4) Auf die gleiche Weise werden beim Lösen für \large{y} die Koeffizienten der \large{y}-Spalte durch die konstante Spalte (in rot) ersetzt.

Dy=

Beispiele, wie man Lösen von Systemen linearer Gleichungen mit zwei Variablen mit Hilfe der Cramerschen Regel

Beispiel 1: Lösen Sie das System mit zwei Variablen mit Hilfe der Cramerschen Regel

Die Gleichungssysteme mit zwei Variablen lauten 4x-3y=11 und 6x+5y=7

Beginnen Sie mit dem Extrahieren der drei relevanten Matrizen: Koeffizient, \large{x}, und \large{y}. Lösen Sie dann die entsprechenden Determinanten.

  • Für die Koeffizientenmatrix
Lösen Sie die Determinante der Koeffizientenmatrix D mit den Elementen 4 und -3 in der ersten Reihe und den Elementen 6 und 5 in der zweiten Reihe. Die Determinante der Matrix D = = |D| = |4,-3;6,5| = (4)(5) - (-3)(6) = 20 - (-18) = 20 + 18 = 38.
  • Für X – Matrix
Lösen Sie die Determinante der x-Matrix D mit dem Index x mit den Elementen 11 und -3 in der ersten Zeile und den Elementen 7 und 5 in der zweiten Zeile. Die Determinante der Matrix Dx = = |Dx| = |11,-3;7,5| = (11)(5) - (-3)(7) = 55 - (-21) = 55 + 21 = 76.
  • Für die Y-Matrix
Lösen Sie die Determinante der y-Matrix D tiefgestellt y mit den Elementen 4 und 11 in der ersten Zeile und den Elementen 6 und 7 in der zweiten Zeile. Die Determinante der Matrix Dy = = |Dx| = |4,11;6,7| = (4)(7) - (11)(6) = 28 - (66) = -38.

Sobald alle drei Determinanten berechnet sind, ist es an der Zeit, die Werte von \large{x} und \large{y} mithilfe der obigen Formel zu lösen.

Um für x zu lösen, haben wir x = Dx/D = 76/38 = 2, und für y haben wir y = Dy/D = -38/38 = -1.

Ich kann die endgültige Antwort als \large{\left( {x,y} \right) = \left( {2, – 1} \right)} schreiben.

Beispiel 2: Lösen Sie das System mit zwei Variablen nach der Cramerschen Regel

Die Gleichungssysteme mit zwei Variablen (nämlich, x und y) sind 3x+5y=-7 und x+4y=-14

Bestimmen Sie die Koeffizienten-, \large{x}- und \large{y}-Matrizen aus dem gegebenen System linearer Gleichungen. Berechnen Sie dann deren Determinanten entsprechend.

Erinnern Sie sich, dass wir immer die Produkte der Diagonaleinträge subtrahieren.

  • Für die Koeffizientenmatrix (verwenden Sie die Koeffizienten der beiden Variablen x und y)
Lösen Sie die Determinante der Koeffizientenmatrix D mit den Einträgen 3 und 5 in der ersten Zeile und den Einträgen 1 und 4 in der zweiten Zeile. Die Determinante der Matrix D = = |D| = |3,5;1,4| = (3)(4) - (5)(1) = 12 - (5) = 12 - 5 = 7.
  • Für die X – Matrix (ersetzen Sie die x-Spalte durch die Konstanten-Spalte)
Lösen Sie die Determinante der x-Matrix, auch bekannt als D tiefgestelltes x, mit den Einträgen -7 und 5 in der ersten Zeile und den Einträgen -14 und 4 in der zweiten Zeile. Die Determinante der Matrix Dx = = |D| = |-7,5;-14,4| = (-7)(4) - (5)(-14) = -28 - (-70) = -28 + 70 = 42.
  • Für die Y – Matrix (ersetzen Sie die y-Spalte durch die Konstanten-Spalte)
Lösen Sie die Determinante der y-Matrix, auch bekannt als D mit dem Index y, mit den Einträgen 3 und -7 in der ersten Zeile und den Einträgen 1 und -14 in der zweiten Zeile. Die Determinante der Matrix Dy = = |D| = |3,-7;1,-14| = (3)(-14) - (-7)(1) = -42 - (-7) = -42 + 7 = -35.

Ich hoffe, Sie fühlen sich langsam wohl beim Rechnen für die Determinante einer 2-dimensionalen Matrix. Um schließlich die benötigten Variablen zu lösen, erhalte ich folgende Ergebnisse…

Um für x zu lösen, dividieren wir die Determinante der x-Matrix durch die Determinante der Koeffizientenmatrix. Auf die gleiche Weise teilen wir zur Lösung von y die Determinante der y-Matrix durch die Determinante der Koeffizientenmatrix. Daher ist x = Dx/D = 42/7 = 6; y = Dy/D = -35/7 = -5. Die endgültige Antwort ist also (x,y) = (6,-5).

Schreibt man die endgültige Antwort in Punktschreibweise, erhält man \large{\left( {x,y} \right) = \left( {6, – 5} \right)}.

Beispiel 3: Lösen Sie das System mit zwei Variablen mit der Cramerschen Regel

x-4y=-9 und -x+5y=11

Dieses Problem lässt sich eigentlich recht einfach mit der Eliminationsmethode lösen. Das liegt daran, dass die Koeffizienten der Variablen x „gleich“ sind, aber nur entgegengesetzte Vorzeichen haben ( +1 und -1 ). Um dies mit der Eliminationsmethode zu lösen, addieren Sie die entsprechenden Spalten und die x-Variable verschwindet – übrig bleibt eine Einschrittgleichung in \large{y}. Ich erwähne dies, weil jede Technik ihre Schwächen hat und es am besten ist, die effizienteste zu wählen. Klären Sie immer mit Ihrem Lehrer, ob es in Ordnung ist, einen anderen Ansatz zu verwenden, wenn die Methode für ein bestimmtes Problem nicht angegeben ist.

Also, da wir lernen, wie man nach der Cramerschen Regel löst, lassen Sie uns mit dieser Methode weitermachen.

Ich werde drei Matrizen (Koeffizient, \large{x} und \large{y}) konstruieren und ihre entsprechenden Determinanten auswerten.

  • Für die Koeffizientenmatrix
Für die Koeffizientenmatrix D = , wird ihre Determinante wie folgt gelöst: |D| = |1,-4;-1,5| = (1)(5) - (-4)(-1) = 5 - (4) = 1. Somit ist |D| = 1.
  • Für die X – Matrix ( geschrieben als großes D mit tiefgestelltem x )
Für die x-Matrix Dx = , wird ihre Determinante wie folgt gelöst: |Dx| = |-9,-4;11,5| = (-9)(5) - (-4)(11) = -45 - (-44) = -45 + 44 = -1. Somit ist |Dx| = -1.
  • Für die Y-Matrix (geschrieben als großes D mit tiefgestelltem y)
Für die y-Matrix Dy = , wird ihre Determinante wie folgt gelöst: |Dy| = |1,-9;-1,11| = (1)(11) - (-9)(-1) = 11 - (9) = 11 - 9 = 2. Somit ist |Dy| = 2.

Nachdem ich die Werte der drei benötigten Determinanten erhalten habe, werde ich \large{x} und \large{y} wie folgt berechnen.

Um den Wert von x zu lösen, teilen Sie die Determinante der x-Matrix durch die Determinante der Koeffizientenmatrix. Um den Wert von y zu ermitteln, teilen Sie die Determinante der y-Matrix durch die Determinante der Koeffizientenmatrix. Somit gilt: x = Dx/D = -1/1 = -1; y = Dy/D = 2/1 = 2. Die endgültige Antwort ist also (x,y) = (-1,2).

Die endgültige Antwort in der Punktform ist \large{\left( {x,y} \right) = \left( { – 1,2} \right)} .

Beispiel 4: Lösen Sie mit Hilfe der Cramerschen Regel das System mit zwei Variablen

Das lineare Gleichungssystem mit zwei Variablen lautet -2x+3y=-3 und 3x-4y=5

Da wir schon ein paar Beispiele durchgegangen sind, schlage ich vor, dass Sie diese Aufgabe selbst versuchen. Vergleichen Sie dann Ihre Antworten mit der Lösung unten.

Wenn Sie es beim ersten Mal richtig machen, bedeutet das, dass Sie ein „Profi“ in Bezug auf die Cramer’sche Regel werden. Wenn nicht, versuchen Sie herauszufinden, was falsch gelaufen ist und lernen Sie, den gleichen Fehler beim nächsten Mal nicht mehr zu begehen. So werden Sie besser in Mathe. Studieren Sie viele Arten von Problemen und, was noch wichtiger ist, machen Sie eine Menge unabhängiger Übungen.

  • Für die Koeffizientenmatrix
Lösen Sie für die Koeffizientenmatrix D, wir haben D = , die Schritte zur Lösung ihrer Determinante ist |D| = |-2,3;3,-4| = (-2)(-4) - (3)(3) = 8 - (9) = -1. Und somit ist |D| = -1.
  • Für die x-Matrix
Lösen wir die x-Matrix Dx, so haben wir Dx= , die Schritte zum Lösen ihrer Determinante ist |Dx| = |-3,3;5,-4| = (-3)(-4) - (3)(5) = 12 - (15) = -3. Und somit ist |Dx| = -3.
  • Für die Y-Matrix
Lösen Sie die y-Matrix Dy, so haben wir Dy = , die Schritte zur Lösung ihrer Determinante sind |Dy| = |-2,-3;3,5| = (-2)(5) - (-3)(3) = -10 - (-9) = -10 + 9 = -1. Das macht, |Dy| = -1.

Sie sollten die Antwort unten erhalten…

Um das x zu lösen, haben wir x = Dx/D = -3/-1 = 3. Daher ist x gleich 3. Als nächstes, um für y zu lösen, zeigen wir, dass y = Dy/D = -1/-1 =1. Daher ist y gleich 1.

Beispiel 5: Lösen Sie das System mit zwei Variablen mit der Cramerschen Regel

Die zu lösenden linearen Gleichungssysteme sind die folgenden: 5x+y=-13, 3x-2y=0

Für unser letztes Beispiel habe ich eine Null in die Konstanten-Spalte gesetzt. Jedes Mal, wenn Sie die Zahl Null in der Konstanten-Spalte sehen, empfehle ich dringend, die Cramersche Regel zu verwenden, um das lineare Gleichungssystem zu lösen. Warum? Weil die Berechnung der Determinanten für \large{x} und \large{y} Matrizen drastisch vereinfacht wird. Probieren Sie es selbst aus!

  • Für die Koeffizientenmatrix
Die Determinante des Koeffizienten D = wird gelöst als |D| = |5,1;3,-2| = (5)(-2) - (1)(3) = -13.
  • Für X – Matrix
Die Determinante der x-Matrix Dx = wird gelöst als |Dx| = |-13,1;0,-2| = (-13)(-2) - (1)(0) = 26.
  • Für die Y – Matrix
Die Determinante der y-Matrix Dy = wird gelöst als |Dy| = |5,-13;3,0| = (5)(0) - (-13)(3) = 0 + 39 = 39.

Die endgültige Lösung dieser Aufgabe ist

Um x zu lösen, teilen wir die x-Matrix durch die Koeffizientenmatrix, was uns x = Dx/D = 26/-13 = -2 liefert. Um y zu lösen, dividieren wir die y-Matrix durch die Koeffizientenmatrix, was uns y = Dy/D = 39/-13 = -3 ergibt.

Üben mit Arbeitsblättern

Sie interessieren sich vielleicht auch für:

Cramersche Regel 3×3

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.