与えられた連立一次方程式を解きます。問題は(1)と(2)の2つの方程式系を解くことです。 (1) $ \begin{cases} x + 2y - 2z + w = 2 \\ 3x + 5y + 3z - 4w = 3 \\ 5x + 8y + 8z - 9w = 4 \end{cases} $ (2) $ \begin{cases} x + 2y - 2z + w = 2 \\ 3x + 5y + 3z - 4w = 3 \\ 5x + 8y + 8z - 9w = 6 \end{cases} $

代数学連立一次方程式線形代数解の存在変数
2025/5/17

1. 問題の内容

与えられた連立一次方程式を解きます。問題は(1)と(2)の2つの方程式系を解くことです。
(1)
\begin{cases}
x + 2y - 2z + w = 2 \\
3x + 5y + 3z - 4w = 3 \\
5x + 8y + 8z - 9w = 4
\end{cases}
(2)
\begin{cases}
x + 2y - 2z + w = 2 \\
3x + 5y + 3z - 4w = 3 \\
5x + 8y + 8z - 9w = 6
\end{cases}

2. 解き方の手順

(1)
まず、1番目の式を3倍して2番目の式から引きます。
3(x+2y2z+w)=3x+6y6z+3w=63(x + 2y - 2z + w) = 3x + 6y - 6z + 3w = 6
(3x+5y+3z4w)(3x+6y6z+3w)=36(3x + 5y + 3z - 4w) - (3x + 6y - 6z + 3w) = 3 - 6
y+9z7w=3-y + 9z - 7w = -3
次に、1番目の式を5倍して3番目の式から引きます。
5(x+2y2z+w)=5x+10y10z+5w=105(x + 2y - 2z + w) = 5x + 10y - 10z + 5w = 10
(5x+8y+8z9w)(5x+10y10z+5w)=410(5x + 8y + 8z - 9w) - (5x + 10y - 10z + 5w) = 4 - 10
2y+18z14w=6-2y + 18z - 14w = -6
これを2で割ると
y+9z7w=3-y + 9z - 7w = -3
結局、得られた2つの式は同じ式
y+9z7w=3-y + 9z - 7w = -3
y=9z7w+3y = 9z - 7w + 3
これを最初の式に代入します。
x+2(9z7w+3)2z+w=2x + 2(9z - 7w + 3) - 2z + w = 2
x+18z14w+62z+w=2x + 18z - 14w + 6 - 2z + w = 2
x+16z13w=4x + 16z - 13w = -4
x=16z+13w4x = -16z + 13w - 4
解は次のようになります。
x=16z+13w4x = -16z + 13w - 4
y=9z7w+3y = 9z - 7w + 3
z=zz = z
w=ww = w
ここで、zzwwは任意の値をとることができます。
(2)
(1)と同様に計算します。
まず、1番目の式を3倍して2番目の式から引きます。
3(x+2y2z+w)=3x+6y6z+3w=63(x + 2y - 2z + w) = 3x + 6y - 6z + 3w = 6
(3x+5y+3z4w)(3x+6y6z+3w)=36(3x + 5y + 3z - 4w) - (3x + 6y - 6z + 3w) = 3 - 6
y+9z7w=3-y + 9z - 7w = -3
次に、1番目の式を5倍して3番目の式から引きます。
5(x+2y2z+w)=5x+10y10z+5w=105(x + 2y - 2z + w) = 5x + 10y - 10z + 5w = 10
(5x+8y+8z9w)(5x+10y10z+5w)=610(5x + 8y + 8z - 9w) - (5x + 10y - 10z + 5w) = 6 - 10
2y+18z14w=4-2y + 18z - 14w = -4
これを2で割ると
y+9z7w=2-y + 9z - 7w = -2
したがって、
y+9z7w=3-y + 9z - 7w = -3
y+9z7w=2-y + 9z - 7w = -2
これは矛盾しており、解は存在しません。

3. 最終的な答え

(1)
x=16z+13w4x = -16z + 13w - 4
y=9z7w+3y = 9z - 7w + 3
z=zz = z
w=ww = w
zzwwは任意の値)
(2)
解なし

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