120:00
PREDNÁŠKA · MATEMATIKA 6 · 2 BLOKY

Sústavy lineárnych rovníc

Blok 1: maticový zápis, ekvivalentné úpravy, Gaussova eliminačná metóda · Blok 2: matice, determinanty, Cramerovo pravidlo · VSTE

⏱ 2 × 120 min📐 8 riešených príkladov z prezentácie✏️ 17 cvičení (ľahké → náročné)📝 Test 10 otázok — jedno hodnotenie📧 Odoslanie testu v PDF🎓 Klasifikácia A–FX

Plán prednášky

Blok 1 / 2Sústavy lineárnych rovníc — Gaussova eliminačná metóda⏱ 120 min
1Sústava a jej maticový zápis15 min⌄
  • A · x = b, rozšírená matica (A | b)
2Možné prípady riešenia10 min⌄
  • žiadne / práve jedno / nekonečne veľa riešení, hodnosť h(A), h(A | b)
3Ekvivalentné úpravy ER1 – ER4, schodíkovitý tvar20 min⌄
  • pivot, schodíkovitý tvar matice
4Gaussova eliminačná metóda45 min⌄
  • 6 riešených príkladov z prezentácie vrátane prípadov bez riešenia a s nekonečne veľa riešeniami
5Cvičenia + test (časť 1)30 min⌄
  • 8 cvičení od ľahkých po náročné, otázky 1 – 5
Blok 2 / 2Matice, determinanty a Cramerovo pravidlo⏱ 120 min
1Matica a determinant15 min⌄
  • štvorcová, regulárna a singulárna matica
2Determinant 2. a 3. rádu25 min⌄
  • a11a22 − a12a21, Sarrusovo pravidlo
3Cramerovo pravidlo40 min⌄
  • xi = Di / D, podmienka D ≠ 0, príklady 2 × 2 a 3 × 3
4Cvičenia + test (časť 2) + odoslanie v PDF40 min⌄
  • 9 cvičení, otázky 6 – 10, jedno hodnotenie A–FX
🎯 Blok 1Študent vie zapísať sústavu maticou, upraviť rozšírenú maticu ekvivalentnými úpravami na schodíkovitý tvar a určiť riešenie Gaussovou eliminačnou metódou.
🎯 Blok 2Študent vie vypočítať determinant 2. a 3. rádu a riešiť sústavu Cramerovým pravidlom.

Klasifikácia

ZnámkaPercentoSlovné hodnotenie
A90 – 100 %Výborne
B80 – 89 %Veľmi dobre
C70 – 79 %Dobre
D60 – 69 %Uspokojivo
E50 – 59 %Dostatočne
FX0 – 49 %Nedostatočne
Blok 1 / 2Výpočet lineárnej a kvadratickej rovnice⏱ 120 min

A. Lineárna rovnica

1. Čo je lineárna rovnica

Lineárna rovnica
Rovnica, v ktorej sa neznáma x vyskytuje len v prvej mocnine (žiadne x², žiadne x v menovateli). Má tvar ax + b = cx + d. Po úprave dostaneme x = číslo — rovnica má jedno riešenie.

Vzorce na zapamätanie:

TypVzorecRiešenie / význam
Lineárna rovnicaax + b = 0koreň x = −b / a
Kvadratická rovnicaax² + bx + c = 0korene x1,2 = (−b ± √D) / (2a)
DiskriminantD = b² − 4acurčuje počet reálnych koreňov
Blok 1 / 2Sústavy lineárnych rovníc — Gaussova eliminačná metóda⏱ 120 min

1. Sústava lineárnych rovníc a jej maticový zápis

Sústava m lineárnych rovníc s n neznámymi
a11x1 + a12x2 + … + a1nxn = b1
a21x1 + a22x2 + … + a2nxn = b2
⋮
am1x1 + am2x2 + … + amnxn = bm
kde aij ∈ ℝ sú koeficienty, bi ∈ ℝ pravé strany a x1, …, xn neznáme. Riešením sústavy je každá usporiadaná n-tica (x1; …; xn), ktorá vyhovuje všetkým rovniciam súčasne.
ObjektZápisPríklad pre sústavu x1 + x2 + x3 = 6, 2x1 − x2 + x3 = 3, x1 + 2x2 − 3x3 = −4
matica sústavy (koeficientová)A = (aij)A = 1112−1112−3
vektor neznámychxx = x1x2x3
vektor pravých stránbb = 63−4
maticový tvarA · x = b1112−1112−3 · x1x2x3 = 63−4
rozšírená matica sústavy(A | b)11162−11312−3−4

2. Možné prípady riešenia

Pri riešení sústav lineárnych (algebrických) rovníc môžu nastať tri prípady. Rozhoduje o nich hodnosť h — počet nenulových riadkov matice v schodíkovitom tvare (Frobeniova veta):

PrípadPodmienka (n = počet neznámych)V schodíkovitom tvare vidímePre 2 neznáme (dve priamky)
1. nemá riešenieh(A) ≠ h(A | b)riadok (0 0 … 0 | c), c ≠ 0 → spor 0 = crovnobežné priamky
2. práve jedno riešenieh(A) = h(A | b) = ntoľko nenulových riadkov, koľko je neznámychpriamky sa pretínajú v jednom bode
3. nekonečne veľa riešeníh(A) = h(A | b) < nmenej nenulových riadkov ako neznámychpriamky splývajú

práve jedno riešenie

x + y = 3,  x − y = 1 → (2; 1)

nemá riešenie

x + y = 3,  x + y = 1 → spor

nekonečne veľa riešení

x + y = 3,  2x + 2y = 6

🎯 Základný cieľ: riešiť sústavu lineárnych rovníc znamená nájsť všetky jej riešenia.

3. Ekvivalentné úpravy sústavy

Ekvivalentná úprava nemení množinu riešení sústavy. Pre rozšírenú maticu sústavy (riadky R1, R2, …) sú to:

ÚpravaZápisPrečo nemení riešeniePríklad
ER1 výmena poradia rovnícRi ↔ Rjsústava je konjunkcia (logické „a“) rovníc — poradie nemá vplyv na spoločné riešenie2x+ y= 5x− y= 1  ⇔  x− y= 12x+ y= 5
ER2 vynásobenie rovnice konštantou k ≠ 0Ri ← k · Rinovú rovnicu možno vydelením číslom k ≠ 0 previesť späť na pôvodnú3x − 6y = 9  ⇔  x − 2y = 3  (k = 1/3)
ER3 pripočítanie k-násobku inej rovniceRi ← Ri + k · Rjk obom stranám Ri pripočítame to isté číslo (ľavá strana Rj = pravá strana Rj); späť: Ri ← Ri − k · RjR1: x + y = 4, R2: 2x + 3y = 9; R2 − 2R1: y = 1
ER4 vynechanie (pridanie) rovnice, ktorá je lineárnou kombináciou inýchvynechať nulový riadok (0 = 0) alebo násobok iného riadkutakáto rovnica neprináša novú informáciux + y = 3 a 2x + 2y = 6 → druhú možno vynechať
⚠ ER3 je najdôležitejšia úprava Gaussovej eliminácie — používa sa na vynulovanie koeficientov pod pivotom. Násobiť rovnicu nulou nie je ekvivalentná úprava.

4. Schodíkovitý tvar matice

p∗∗∗∗0p∗∗∗000p∗00000

p = pivot (≠ 0), ∗ = ľubovoľné číslo

Pivot (vedúci prvok riadku)
prvý nenulový prvok v riadku (čítané zľava).

Matica je v schodíkovitom tvare, ak:

  1. nulové riadky sú dole — ak je i-tý riadok nulový, všetky riadky pod ním sú tiež nulové;
  2. ak je pivot i-teho riadku v j-tom stĺpci, všetky prvky v prvých j stĺpcoch v nasledujúcich riadkoch sú nulové — každý ďalší pivot je viac vpravo (schody).
Blok 1 / 2Sústavy lineárnych rovníc — Gaussova eliminačná metóda⏱ 120 min

5. Gaussova eliminačná metóda

Princíp
Postupné vylučovanie (eliminovanie) neznámych. Rozšírenú maticu sústavy (A | b) upravujeme ekvivalentnými úpravami ER1 – ER4 na schodíkovitý tvar a potom riešime spätným dosadzovaním od poslednej rovnice k prvej.
📋 Postup
  1. Zapíšte rozšírenú maticu (A | b).
  2. Zvoľte pivot v 1. stĺpci (ideálne 1 alebo −1; ak treba, vymeňte riadky — ER1).
  3. Pomocou ER3 vynulujte všetky prvky pod pivotom (Ri ← Ri − k · R1).
  4. To isté zopakujte v 2. stĺpci pod novým pivotom atď. až po schodíkovitý tvar; ak je to výhodné, riadok vykráťte (ER2).
  5. Porovnajte h(A) a h(A | b) a rozhodnite o počte riešení.
  6. Pri jedinom riešení vypočítajte neznáme spätným dosadzovaním a urobte skúšku.
⚠ Ak vám po úprave 1. stĺpca nevyjdú pod pivotom nuly, niekde je chyba vo výpočte.

Riešené príklady z prezentácie

Príklad 1jedno riešenie
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1+ x2+ x3= 62x1− x2+ x3= 3x1+ 2x2− 3x3= −4

Vynulovanie prvkov pod pivotom a11 = 1 — podrobne

Úprava R2 ← R2 − 2 · R1:

stĺpecpôvodný R2−2 · R1nový R2
x12−2 · 1 = −22 − 2 = 0
x2−1−2 · 1 = −2−1 − 2 = −3
x31−2 · 1 = −21 − 2 = −1
pravá str.3−2 · 6 = −123 − 12 = −9

Úprava R3 ← R3 − 1 · R1:

stĺpecpôvodný R3−1 · R1nový R3
x11−1 · 1 = −11 − 1 = 0
x22−1 · 1 = −12 − 1 = 1
x3−3−1 · 1 = −1−3 − 1 = −4
pravá str.−4−1 · 6 = −6−4 − 6 = −10

Celý postup

11162−11312−3−4rozšírená matica (A | b)~11160−3−1−901−4−10R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 − R1
~111601−4−100−3−1−9R2 ↔ R3~111601−4−1000−13−39R3 ← R3 + 3R2~111601−4−1000−1−3R3 ← R3 : 13
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: −1·x3 = −3  ⇒  x3 = 3
  2. z 2. riadku: 1·x2 + (−4)·(3) = −10  ⇒  x2 = 2
  3. z 1. riadku: 1·x1 + (1)·(2) + (1)·(3) = 6  ⇒  x1 = 1
💡 Výmenou R2 ↔ R3 získame pivot a22 = 1 a ďalšie úpravy sú celočíselné. Riešenie je usporiadaná trojica celých čísel.
Výsledok: (x1; x2; x3) = (1; 2; 3)
Príklad 2jedno riešenie
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1+ x2+ 2x3= 82x1+ 3x2− x3= 53x1− x2− 3x3= −2
112823−153−1−3−2rozšírená matica (A | b)~112801−5−110−4−9−26R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 − 3R1
~112801−5−1100−29−70R3 ← R3 + 4R2
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: −29·x3 = −70  ⇒  x3 = 7029
  2. z 2. riadku: 1·x2 + (−5)·(70/29) = −11  ⇒  x2 = 3129
  3. z 1. riadku: 1·x1 + (1)·(31/29) + (2)·(70/29) = 8  ⇒  x1 = 6129
Vysvetlenie úpravy R3 ← R3 + 4R2 (nový pivot a22 = 1):
  • x2: −4 + 4 · 1 = 0
  • x3: −9 + 4 · (−5) = −29
  • pravá strana: −26 + 4 · (−11) = −70
Výsledok: (x1; x2; x3) = (61/29; 31/29; 70/29)
ℹ V prezentácii má tento príklad nadpis „sústava s celočíselným riešením“, riešenie však nie je celočíselné: x3 = 70/29, x2 = 31/29, x1 = 61/29 (skúška: 61/29 + 31/29 + 140/29 = 232/29 = 8 ✓).
Príklad 3Príklad 1 a) — nemá riešenie
Riešte sústavu: −2x1+ x2+ x3= 1x1− 2x2+ x3= 1x1+ x2− 2x3= 1
−21111−21111−21rozšírená matica (A | b)~1−211−211111−21R1 ↔ R2~1−2110−33303−30R2 ← R2 + 2R1
R3 ← R3 − R1
~1−2110−11101−10R2 ← R2 : 3
R3 ← R3 : 3
~1−2110−1110001R3 ← R3 + R2
  • posledný riadok znamená rovnicu 0 = 1 — spor
  • h(A) = 2,  h(A | b) = 3 → h(A) ≠ h(A | b)
Výsledok: sústava nemá riešenie, K = ∅
Príklad 4Príklad 1 b) — nekonečne veľa riešení
Riešte sústavu: 3x1+ 3x2+ 3x3= 36x1+ 3x2+ 6x3= 126x1+ 6x2+ 6x3= 6
3333636126666rozšírená matica (A | b)~33330−3060000R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 − 2R1
~33330−1020000R2 ← R2 : 3
  • h(A) = h(A | b) = 2 < 3 (počet neznámych) → nekonečne veľa riešení
  • za 1 neznámu zvolíme parameter t ∈ ℝ
Všeobecné riešenie:
  1. z 2. riadku: −3x2 = 6 ⇒ x2 = −2
  2. z 1. riadku: 3x1 + 3x2 + 3x3 = 3 ⇒ x1 + x3 = 1 − x2 = 3
  3. zvolíme x3 = t ∈ ℝ ⇒ x1 = 3 − t
Výsledok: K = {(3 − t; −2; t); t ∈ ℝ}
Príklad 5Príklad 1 c) — jedno riešenie
Riešte sústavu: −x1+ 2x2− 10x3= −40−4x1− 4x2− 8x3= −12x1+ 3x2+ 9x3= 45
−12−10−40−4−4−8−1213945rozšírená matica (A | b)~−12−10−400−123214805−15R2 ← R2 − 4R1
R3 ← R3 + R1
~−12−10−400−383705−15R2 ← R2 : 4~−12−10−400−38370037200R3 ← 3R3 + 5R2
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: 37·x3 = 200  ⇒  x3 = 20037
  2. z 2. riadku: −3·x2 + (8)·(200/37) = 37  ⇒  x2 = 7737
  3. z 1. riadku: −1·x1 + (2)·(77/37) + (−10)·(200/37) = −40  ⇒  x1 = −36637
💡 Všetky tri riadky sú nenulové: h(A) = 3 (pred čiarou) a h(A | b) = 3 (celá matica) → sústava má práve jedno riešenie.
Výsledok: (x1; x2; x3) = (−366/37; 77/37; 200/37)
Príklad 6zlomkové riešenie
Riešte sústavu: x1+ 2x2− x3= 42x1− x2+ 3x3= 1−x1+ 3x2+ 2x3= 7
12−142−131−1327rozšírená matica (A | b)~12−140−55−705111R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 + R1
~12−140−55−70064R3 ← R3 + R2~12−140−55−70032R3 ← R3 : 2
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: 3·x3 = 2  ⇒  x3 = 23
  2. z 2. riadku: −5·x2 + (5)·(2/3) = −7  ⇒  x2 = 3115
  3. z 1. riadku: 1·x1 + (2)·(31/15) + (−1)·(2/3) = 4  ⇒  x1 = 815
Výsledok: (x1; x2; x3) = (8/15; 31/15; 2/3)
Blok 1 / 2Sústavy lineárnych rovníc — Gaussova eliminačná metóda⏱ 120 min

Cvičenia — Gaussova eliminačná metóda

Najprv riešte sami, potom odkryte postup.

🟢 Ľahké
Cvičenie 1Ľahký
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1+ x2= 52x1− x2= 1
1152−11rozšírená matica (A | b)~1150−3−9R2 ← R2 − 2R1~1150−1−3R2 ← R2 : 3
h(A) = h(A | b) = 2 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 2. riadku: −1·x2 = −3  ⇒  x2 = 3
  2. z 1. riadku: 1·x1 + (1)·(3) = 5  ⇒  x1 = 2
Výsledok: (x1; x2) = (2; 3)
Cvičenie 2Ľahký
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1− 2x2= −13x1+ x2= 11
1−2−13111rozšírená matica (A | b)~1−2−10714R2 ← R2 − 3R1~1−2−1012R2 ← R2 : 7
h(A) = h(A | b) = 2 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 2. riadku: 1·x2 = 2  ⇒  x2 = 2
  2. z 1. riadku: 1·x1 + (−2)·(2) = −1  ⇒  x1 = 3
Výsledok: (x1; x2) = (3; 2)
Cvičenie 3Ľahký
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1+ x2+ x3= 3x1− x2+ x3= 1x1+ x2− x3= 1
11131−11111−11rozšírená matica (A | b)~11130−20−200−2−2R2 ← R2 − R1
R3 ← R3 − R1
~11130−10−100−1−1R2 ← R2 : 2
R3 ← R3 : 2
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: −1·x3 = −1  ⇒  x3 = 1
  2. z 2. riadku: −1·x2 = −1  ⇒  x2 = 1
  3. z 1. riadku: 1·x1 + (1)·(1) + (1)·(1) = 3  ⇒  x1 = 1
Výsledok: (x1; x2; x3) = (1; 1; 1)
🔵 Stredné
Cvičenie 4Stredný
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1+ 2x2+ x3= 82x1+ x2− x3= 1x1− x2+ 2x3= 5
121821−111−125rozšírená matica (A | b)~12180−3−3−150−31−3R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 − R1
~12180−1−1−50−31−3R2 ← R2 : 3~12180−1−1−500412R3 ← R3 − 3R2~12180−1−1−50013R3 ← R3 : 4
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: 1·x3 = 3  ⇒  x3 = 3
  2. z 2. riadku: −1·x2 + (−1)·(3) = −5  ⇒  x2 = 2
  3. z 1. riadku: 1·x1 + (2)·(2) + (1)·(3) = 8  ⇒  x1 = 1
Výsledok: (x1; x2; x3) = (1; 2; 3)
Cvičenie 5Stredný
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: 2x1+ x2− x3= 3x1− x2+ x3= 03x1+ 2x2+ x3= 10
21−131−11032110rozšírená matica (A | b)~1−11021−1332110R1 ↔ R2~1−11003−3305−210R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 − 3R1
~1−11001−1105−210R2 ← R2 : 3~1−11001−110035R3 ← R3 − 5R2
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: 3·x3 = 5  ⇒  x3 = 53
  2. z 2. riadku: 1·x2 + (−1)·(5/3) = 1  ⇒  x2 = 83
  3. z 1. riadku: 1·x1 + (−1)·(8/3) + (1)·(5/3) = 0  ⇒  x1 = 1
Výsledok: (x1; x2; x3) = (1; 8/3; 5/3)
Cvičenie 6Stredný
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1+ x2+ x3= 22x1+ 2x2+ 2x3= 5x1− x2+ x3= 0
111222251−110rozšírená matica (A | b)~111200010−20−2R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 − R1
~111200010−10−1R3 ← R3 : 2~11120−10−10001R2 ↔ R3
  • posledný riadok znamená rovnicu 0 = 1 — spor
  • h(A) = 2,  h(A | b) = 3 → h(A) ≠ h(A | b)
Výsledok: sústava nemá riešenie, K = ∅
🔴 Náročné
Cvičenie 7Náročný
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: x1+ x2− x3= 12x1+ 3x2+ x3= 43x1+ 4x2= 5
11−1123143405rozšírená matica (A | b)~11−1101320132R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 − 3R1
~11−1101320000R3 ← R3 − R2
  • h(A) = h(A | b) = 2 < 3 (počet neznámych) → nekonečne veľa riešení
  • za 1 neznámu zvolíme parameter t ∈ ℝ
Výsledok: nekonečne veľa riešení (h(A) = h(A | b) < počet neznámych)
Cvičenie 8Náročný
Riešte sústavu Gaussovou eliminačnou metódou: 2x1+ 3x2− x3= 54x1− x2+ 2x3= 3−2x1+ x2+ 3x3= 1
23−154−123−2131rozšírená matica (A | b)~23−150−74−70426R2 ← R2 − 2R1
R3 ← R3 + R1
~23−150−74−70213R3 ← R3 : 2~23−150−74−700157R3 ← 7R3 + 2R2
h(A) = h(A | b) = 3 → práve jedno riešenie; spätné dosadzovanie:
  1. z 3. riadku: 15·x3 = 7  ⇒  x3 = 715
  2. z 2. riadku: −7·x2 + (4)·(7/15) = −7  ⇒  x2 = 1915
  3. z 1. riadku: 2·x1 + (3)·(19/15) + (−1)·(7/15) = 5  ⇒  x1 = 56
Výsledok: (x1; x2; x3) = (5/6; 19/15; 7/15)
Blok 2 / 2Matice, determinanty a Cramerovo pravidlo⏱ 120 min

1. Matica a determinant

Matica typu m × n je obdĺžniková tabuľka čísel aij s m riadkami a n stĺpcami: A = (aij), i = 1, …, m, j = 1, …, n. Ak m = n, matica je štvorcová rádu n.
Determinant štvorcovej matice A je číslo det A (zapisujeme aj |A| alebo D). Matica je regulárna, ak det A ≠ 0, a singulárna, ak det A = 0.

2. Výpočet determinantu 2. rádu

a11a12a21a22 = a11 · a22 − a12 · a21súčin na hlavnej diagonále mínus súčin na vedľajšej diagonále
Príklad: 3−214 = 3·4 − (−2)·1 = 14

3. Výpočet determinantu 3. rádu — Sarrusovo pravidlo

a11a12a13a21a22a23a31a32a33 = a11a22a33 + a12a23a31 + a13a21a32 − a13a22a31 − a11a23a32 − a12a21a33
a11a12a13a21a22a23a31a32a33a11a12a13a21a22a23

pod determinant pripíšeme 1. a 2. riadok

  1. Pod determinant pripíšeme prvé dva riadky.
  2. Súčiny troch prvkov na hlavných diagonálach (zľava hore doprava dole) berieme so znamienkom +.
  3. Súčiny na vedľajších diagonálach (sprava hore doľava dole) berieme so znamienkom −.
  4. Záporné prvky dosadzujeme v zátvorkách.
⚠ Sarrusovo pravidlo platí iba pre determinanty 3. rádu.
Príklad: 1112−1112−3 = [1·(−1)·(−3) + 1·1·1 + 1·2·2] − [1·(−1)·1 + 1·1·2 + 1·2·(−3)]
= (3 + 1 + 4) − ((−1) + 2 + (−6)) = 8 − (−5) = 13
Blok 2 / 2Matice, determinanty a Cramerovo pravidlo⏱ 120 min

4. Cramerovo pravidlo

Cramerovo pravidlo je metóda riešenia sústavy n lineárnych rovníc s n neznámymi pomocou determinantov. Používa sa vtedy, keď je koeficientová matica A regulárna, t. j. D = det A ≠ 0. V takom prípade má sústava práve jedno riešenie.
xi = DiD = det Aidet A,   i = 1, 2, …, nAi je matica, ktorá vznikne z A nahradením i-teho stĺpca vektorom pravých strán b
Podmienka použitiaVýhodaNevýhoda
D = det A ≠ 0. Ak D = 0, sústava nemá jednoznačné riešenie (má nekonečne veľa riešení alebo žiadne) — Cramerovo pravidlo nemožno použiť.priamy vzorec bez postupnej eliminácievýpočtovo náročné pre veľké sústavy, prakticky sa používa najmä pre sústavy 2 × 2 a 3 × 3
📋 Postup
  1. Zapíšte A a b; vypočítajte D = det A. Ak D = 0, skončite.
  2. Pre každú neznámu xi nahraďte i-ty stĺpec matice A vektorom b a vypočítajte Di.
  3. xi = Di / D.
  4. Urobte skúšku dosadením do všetkých rovníc.

Riešené príklady

Príklad 1sústava 2 × 2
Riešte sústavu Cramerovým pravidlom: 2x1+ 3x2= 7x1− x2= 1
Maticový zápis
  • A = 231−1,   x = x1x2,   b = 71
Výpočet determinantov
  1. D = 231−1 = 2·(−1) − 3·1 = −5
  2. D1 (stĺpec 1 nahradíme vektorom b) = 731−1 = 7·(−1) − 3·1 = −10
  3. D2 (stĺpec 2 nahradíme vektorom b) = 2711 = 2·1 − 7·1 = −5
Riešenie
  • x1 = D1D = −10−5 = 2
  • x2 = D2D = −5−5 = 1
✓ Kontrola: 2·2 + 3·1 = 7; 1·2 + (−1)·1 = 1 ✓
Výsledok: (x1; x2) = (2; 1)
Príklad 2príklad z prezentácie — 3 × 3
Riešte sústavu Cramerovým pravidlom: −x1+ 2x2− 10x3= −40−4x1− 4x2− 8x3= −12x1− 3x2+ 9x3= 45
Maticový zápis
  • A = −12−10−4−4−81−39,   x = x1x2x3,   b = −40−1245
Výpočet determinantov
  1. D = −12−10−4−4−81−39 = [(−1)·(−4)·9 + 2·(−8)·1 + (−10)·(−4)·(−3)] − [(−10)·(−4)·1 + (−1)·(−8)·(−3) + 2·(−4)·9]
    = (36 + (−16) + (−120)) − (40 + (−24) + (−72)) = −100 − (−56) = −44
  2. D1 (stĺpec 1 nahradíme vektorom b) = −402−10−12−4−845−39 = [(−40)·(−4)·9 + 2·(−8)·45 + (−10)·(−12)·(−3)] − [(−10)·(−4)·45 + (−40)·(−8)·(−3) + 2·(−12)·9]
    = (1440 + (−720) + (−360)) − (1800 + (−960) + (−216)) = 360 − 624 = −264
  3. D2 (stĺpec 2 nahradíme vektorom b) = −1−40−10−4−12−81459 = [(−1)·(−12)·9 + (−40)·(−8)·1 + (−10)·(−4)·45] − [(−10)·(−12)·1 + (−1)·(−8)·45 + (−40)·(−4)·9]
    = (108 + 320 + 1800) − (120 + 360 + 1440) = 2228 − 1920 = 308
  4. D3 (stĺpec 3 nahradíme vektorom b) = −12−40−4−4−121−345 = [(−1)·(−4)·45 + 2·(−12)·1 + (−40)·(−4)·(−3)] − [(−40)·(−4)·1 + (−1)·(−12)·(−3) + 2·(−4)·45]
    = (180 + (−24) + (−480)) − (160 + (−36) + (−360)) = −324 − (−236) = −88
Riešenie
  • x1 = D1D = −264−44 = 6
  • x2 = D2D = 308−44 = −7
  • x3 = D3D = −88−44 = 2
✓ Kontrola: (−1)·6 + 2·(−7) + (−10)·2 = −40; (−4)·6 + (−4)·(−7) + (−8)·2 = −12; 1·6 + (−3)·(−7) + 9·2 = 45 ✓
Výsledok: (x1; x2; x3) = (6; −7; 2)
ℹ Oprava oproti prezentácii: D1 = −264 a D = −44, preto x1 = −264 / (−44) = 6 (nie 4). Skúška: −6 − 14 − 20 = −40 ✓, −24 + 28 − 16 = −12 ✓, 6 + 21 + 18 = 45 ✓. Táto sústava má v 3. rovnici −3x2, preto má iné riešenie ako príklad 1 c) z Bloku 1 (tam je +3x2).
Blok 2 / 2Matice, determinanty a Cramerovo pravidlo⏱ 120 min

Cvičenia — determinanty a Cramerovo pravidlo

Najprv riešte sami, potom odkryte postup.

A. Determinanty
Cvičenie 1Ľahký
Vypočítajte determinant 3214.
💡 Najprv si uvedomte: 2. rád: hlavná diagonála mínus vedľajšia.
Výpočet:
  1. 3214 = 3·4 − 2·1 = 10
Výsledok: det = 10
Cvičenie 2Ľahký
Vypočítajte determinant −253−1.
💡 Najprv si uvedomte: 2. rád: hlavná diagonála mínus vedľajšia.
Výpočet:
  1. −253−1 = −2·(−1) − 5·3 = −13
Výsledok: det = −13
Cvičenie 3Stredný
Vypočítajte determinant 123014560.
💡 Najprv si uvedomte: Sarrusovo pravidlo: 3 súčiny so znamienkom +, 3 so znamienkom −.
Výpočet:
  1. 123014560 = [1·1·0 + 2·4·5 + 3·0·6] − [3·1·5 + 1·4·6 + 2·0·0]
    = (0 + 40 + 0) − (15 + 24 + 0) = 40 − 39 = 1
Výsledok: det = 1
Cvičenie 4Stredný
Vypočítajte determinant 2−10132014.
💡 Najprv si uvedomte: Sarrusovo pravidlo: 3 súčiny so znamienkom +, 3 so znamienkom −.
Výpočet:
  1. 2−10132014 = [2·3·4 + (−1)·2·0 + 0·1·1] − [0·3·0 + 2·2·1 + (−1)·1·4]
    = (24 + 0 + 0) − (0 + 4 + (−4)) = 24 − 0 = 24
Výsledok: det = 24
B. Cramerovo pravidlo
Cvičenie 5Ľahký
Riešte sústavu Cramerovým pravidlom: 3x1+ 2x2= 12x1− x2= −1
Maticový zápis
  • A = 321−1,   x = x1x2,   b = 12−1
Výpočet determinantov
  1. D = 321−1 = 3·(−1) − 2·1 = −5
  2. D1 (stĺpec 1 nahradíme vektorom b) = 122−1−1 = 12·(−1) − 2·(−1) = −10
  3. D2 (stĺpec 2 nahradíme vektorom b) = 3121−1 = 3·(−1) − 12·1 = −15
Riešenie
  • x1 = D1D = −10−5 = 2
  • x2 = D2D = −15−5 = 3
✓ Kontrola: 3·2 + 2·3 = 12; 1·2 + (−1)·3 = −1 ✓
Výsledok: (x1; x2) = (2; 3)
Cvičenie 6Stredný
Riešte sústavu Cramerovým pravidlom: 2x1− 3x2= 45x1+ x2= −7
Maticový zápis
  • A = 2−351,   x = x1x2,   b = 4−7
Výpočet determinantov
  1. D = 2−351 = 2·1 − (−3)·5 = 17
  2. D1 (stĺpec 1 nahradíme vektorom b) = 4−3−71 = 4·1 − (−3)·(−7) = −17
  3. D2 (stĺpec 2 nahradíme vektorom b) = 245−7 = 2·(−7) − 4·5 = −34
Riešenie
  • x1 = D1D = −1717 = −1
  • x2 = D2D = −3417 = −2
✓ Kontrola: 2·(−1) + (−3)·(−2) = 4; 5·(−1) + 1·(−2) = −7 ✓
Výsledok: (x1; x2) = (−1; −2)
Cvičenie 7Stredný
Riešte sústavu Cramerovým pravidlom: x1+ x2+ x3= 62x1− x2+ x3= 3x1+ 2x2− 3x3= −4
Maticový zápis
  • A = 1112−1112−3,   x = x1x2x3,   b = 63−4
Výpočet determinantov
  1. D = 1112−1112−3 = [1·(−1)·(−3) + 1·1·1 + 1·2·2] − [1·(−1)·1 + 1·1·2 + 1·2·(−3)]
    = (3 + 1 + 4) − ((−1) + 2 + (−6)) = 8 − (−5) = 13
  2. D1 (stĺpec 1 nahradíme vektorom b) = 6113−11−42−3 = [6·(−1)·(−3) + 1·1·(−4) + 1·3·2] − [1·(−1)·(−4) + 6·1·2 + 1·3·(−3)]
    = (18 + (−4) + 6) − (4 + 12 + (−9)) = 20 − 7 = 13
  3. D2 (stĺpec 2 nahradíme vektorom b) = 1612311−4−3 = [1·3·(−3) + 6·1·1 + 1·2·(−4)] − [1·3·1 + 1·1·(−4) + 6·2·(−3)]
    = ((−9) + 6 + (−8)) − (3 + (−4) + (−36)) = −11 − (−37) = 26
  4. D3 (stĺpec 3 nahradíme vektorom b) = 1162−1312−4 = [1·(−1)·(−4) + 1·3·1 + 6·2·2] − [6·(−1)·1 + 1·3·2 + 1·2·(−4)]
    = (4 + 3 + 24) − ((−6) + 6 + (−8)) = 31 − (−8) = 39
Riešenie
  • x1 = D1D = 1313 = 1
  • x2 = D2D = 2613 = 2
  • x3 = D3D = 3913 = 3
✓ Kontrola: 1·1 + 1·2 + 1·3 = 6; 2·1 + (−1)·2 + 1·3 = 3; 1·1 + 2·2 + (−3)·3 = −4 ✓
Výsledok: (x1; x2; x3) = (1; 2; 3)
Cvičenie 8Náročný
Riešte sústavu Cramerovým pravidlom: 2x1+ x2− x3= 1x1+ 3x2+ 2x3= 133x1− x2+ x3= 4
Maticový zápis
  • A = 21−11323−11,   x = x1x2x3,   b = 1134
Výpočet determinantov
  1. D = 21−11323−11 = [2·3·1 + 1·2·3 + (−1)·1·(−1)] − [(−1)·3·3 + 2·2·(−1) + 1·1·1]
    = (6 + 6 + 1) − ((−9) + (−4) + 1) = 13 − (−12) = 25
  2. D1 (stĺpec 1 nahradíme vektorom b) = 11−113324−11 = [1·3·1 + 1·2·4 + (−1)·13·(−1)] − [(−1)·3·4 + 1·2·(−1) + 1·13·1]
    = (3 + 8 + 13) − ((−12) + (−2) + 13) = 24 − (−1) = 25
  3. D2 (stĺpec 2 nahradíme vektorom b) = 21−11132341 = [2·13·1 + 1·2·3 + (−1)·1·4] − [(−1)·13·3 + 2·2·4 + 1·1·1]
    = (26 + 6 + (−4)) − ((−39) + 16 + 1) = 28 − (−22) = 50
  4. D3 (stĺpec 3 nahradíme vektorom b) = 21113133−14 = [2·3·4 + 1·13·3 + 1·1·(−1)] − [1·3·3 + 2·13·(−1) + 1·1·4]
    = (24 + 39 + (−1)) − (9 + (−26) + 4) = 62 − (−13) = 75
Riešenie
  • x1 = D1D = 2525 = 1
  • x2 = D2D = 5025 = 2
  • x3 = D3D = 7525 = 3
✓ Kontrola: 2·1 + 1·2 + (−1)·3 = 1; 1·1 + 3·2 + 2·3 = 13; 3·1 + (−1)·2 + 1·3 = 4 ✓
Výsledok: (x1; x2; x3) = (1; 2; 3)
Cvičenie 9Náročný
Možno sústavu x1+ 2x2+ 3x3= 12x1+ 4x2+ 6x3= 2x1− x2+ x3= 0 riešiť Cramerovým pravidlom?
💡 Najprv si uvedomte: Najprv vždy vypočítajte D = det A.
Riešenie:
  1. D = 1232461−11 = [1·4·1 + 2·6·1 + 3·2·(−1)] − [3·4·1 + 1·6·(−1) + 2·2·1]
    = (4 + 12 + (−6)) − (12 + (−6) + 4) = 10 − 10 = 0
  2. D = 0 → matica A je singulárna → Cramerovo pravidlo nemožno použiť
  3. Gaussovou elimináciou: 2. rovnica je dvojnásobok 1. (ER4) → h(A) = h(A | b) = 2 < 3 → nekonečne veľa riešení
Výsledok: nie, D = 0; sústava má nekonečne veľa riešení

Záverečný test

20 otázok, každá za 1 bod. Časť A: rozhodni, či je výrok pravdivý. Časť B: vyber jednu správnu odpoveď. Po vyhodnotení sa zobrazí vysvetlenie.

Po zvolení odpovede hneď uvidíš, či je správna, aj vysvetlenie. Odpoveď sa potom už nedá zmeniť.