Задание
Умножим первое уравнение на
Получили второе уравнение, поэтому оно следствие первого. Ранг матрицы системы и ранг расширенной матрицы равны
Пусть
По теореме Кронекера — Капелли система совместна, если ранг матрицы равен рангу расширенной матрицы. Когда он меньше числа неизвестных, решений бесконечно много.
Система совместна. Общее решение:
Умножим второе уравнение на
Левая часть совпадает с левой частью первого уравнения, а правые части разные:
Ранги не равны, поэтому по теореме Кронекера — Капелли система несовместна.
Система несовместна, решений нет.
Вычтем из второго уравнения третье:
Из первого уравнения вычтем удвоенное третье:
Левые части одинаковы, а правые разные:
Определитель системы равен
Система несовместна.
Из второго уравнения вычтем удвоенное первое:
Из третьего уравнения вычтем первое:
Уравнения совпали, значит ранг равен
Проверка третьего уравнения:
Ранг матрицы равен рангу расширенной матрицы и меньше числа неизвестных, поэтому одна неизвестная свободная.
Система совместна.
Из третьего уравнения
Вычтем из первого второе, затем из второго третье:
Из первого
Из уравнения
Проверка четвёртого уравнения:
Исключаем неизвестные по очереди (метод Гаусса). Ранг равен
Сложим первое и второе уравнения:
Из второго вычтем утроенное первое:
Обозначим
Подставим в третье уравнение:
Подставим в четвёртое уравнение:
Вычтем:
Находим
Проверка третьего уравнения:
Ранг матрицы равен
Из третьего уравнения
Подставим во второе:
Получилось одно и то же уравнение, ранг равен
Проверка первого уравнения:
Ранг равен
Система совместна.
Из второго уравнения
Подставим в третье:
Умножим первое из полученных уравнений на
Левые части совпали, а правые разные:
Ранг матрицы системы меньше ранга расширенной матрицы, поэтому система несовместна.
Система несовместна.
Во всех уравнениях
Из третьего
Подставим во второе:
Вычтем:
Значит,
Проверка первого уравнения:
Ранг равен
Система совместна.
Вычтем из первого уравнения второе:
Вычтем из четвёртого уравнения второе:
Подставим во второе уравнение:
Третье уравнение даёт
Пусть
Проверка первого уравнения:
Лишние уравнения оказались следствиями остальных. Ранг равен
Система совместна.
Неизвестные
Из третьего вычтем первое:
Из второго вычтем удвоенное первое:
Подставим в первое:
Подставим в четвёртое:
Получаем
Первые три уравнения совместны, но четвёртое им противоречит. Ранг расширенной матрицы больше ранга матрицы системы, поэтому система несовместна.
Система несовместна.
