Уравнения с тремя неизвестными как решать: Уравнение с тремя неизвестными | Математика

Уравнение с тремя неизвестными | Математика

62. Одно уравнение с тремя неизвестными. Пусть имеем уравнение

3x + 4y – 2z = 11.

На это уравнение можно смотреть, как на запись задачи: найти числовые значения для x, y и z, чтобы трехчлен 3x + 4y – 2z оказался равен числу 11. Таким образом это уравнение является уравнением с тремя неизвестными. Так как мы можем решить одно уравнение с одним неизвестным, то уже с первого взгляда возникает мысль, что 2 неизвестных здесь являются как бы лишними, и им можно давать произвольные значения. И действительно, если, например, взять для y число 3 и для z число 5, то получим уравнение с одним неизвестным:

3x + 12 – 10 = 11,

откуда

3x = 9 и x = 3.

Возьмем другие числа для y и z. Например, пусть

y = –1 и z = 0.

Тогда получим уравнение:

3x – 4 = 11,

откуда

3x = 15 и x = 5.

Продолжая эту работу дальше, мы придем к заключению:

Одно уравнение с тремя неизвестными имеет бесконечно много решений, и для получения их надо двум неизвестным давать произвольные значения.

Результаты этой работы можно записать в таблице (мы, кроме двух уже найденных решений, записали в ней еще одно, которое получится, если положить y = –1 и z = –2):

Так как для y и для z мы берем произвольные значения, то они являются независимыми переменными, а x является зависимым (от них) переменным. Другими словами: x является функциею от y и z.

Чтобы удобнее получать решения этого уравнения, можно определить из него x через y и z. Получим:

3x + 4y – 2z = 11; 3x = 11 – 4y + 2z;
x = (11 – 4y + 2z) / 3.

Дадим, напр., значения: y = 5 и z = 1; получим: x = (11 – 20 + 2) / 3 = –2(1/3) и т. д.

Возьмем еще уравнение

3x – 5y – 2z = 7.

Примем x и y за независимые переменные, а z — за зависимое и определим z через x и y

–2z = 7 – 3x + 5y; 2z = 3x – 5y – 7; z = (3x – 5y – 7) / 2

Теперь легко составить таблицу решений:

 

Диофантовое уравнение с тремя неизвестными

Результат решения диофантового уравнения с тремя неизвестными

Целочисленные корни такого уравнения следующие

После того, как автор сайта смог научить своего бота решать линейное диофантово уравнение с двумя переменными, возникло желание научить бота решать подобные уравнения, но уже с тремя неизвестными. Пришлось  окунутся в книги.

Вынырнув оттуда через два месяца, автор понял, что он ничего не понял. Зело умные математики, так  мудрёно писали алгоритм вывода формул, что мне смертному было стыдно. Опечалился было, но мысль на книжных просторах  все таки одну полезную нашел, и с этой мысли пришло понимание как решать диофантовые уравнения с тремя неизвестными.

Итак для всех, кто не математик, но хочет им быть 🙂

Обновление от 11 декабря 2019 года: Расчет общего решения системы из двух диофантовых уравнений.Просьба оценить.

Обновление от 17 сентября 2019 года: Есть калькулятор который высчитывает частное решение линейного диофантового уравнения с любым количеством неизвестных. Просьба оценить и если есть замечания написать.

Диофантовое уравнение с тремя неизвестными  имеет вот такой вид

где  целые числа

Если мы подумаем какое же общее решение может быть  у неизвестных, то самое банальное выглядит так

Подставим наше общее решение в уравнение

получим 

Какой же от этого прок, спросит нетерпеливый читатель? А вот какой, сгруппируем  все по неизвестным,получим

Смотрите, в правой части стоит какое то постоянное число, обозначенное буквой d

Значит, от t ( она же переменная, мало ли каким она значением хочет стать) оно не зависит а значит  

Логично предположить что и от z оно не зависит  а значит 

а вот от постоянных значений A₃ и B₃ оно зависит напрямую , то есть 

Что же в конечном итоге мы получили? А получили мы три типовых классических диофантовых уравнений с двумя неизвестными, которые решать мы можем легко и непринужденно.

Попробуем решить?

В первых строках поисковых систем нашлось вот такое уравнение 

Первое уравнение будет вот такое 

корни его  

Избавимся от нулей, взяв к примеру k=-1. ( Хотите можете взять 2 или 100 или -3) На окончательное решение это не повлияет.

тогда  

Решаем второе уравнение

и его корни

здесь пусть k=0 ( так как X и Y не совпадают уже при нулевых значениях)

получим

И последнее третье уравнение

Корни тут такие

то есть  

Подставим теперь все найденные значения в общий вид

получим

Вот и все!   

Заметьте, что все решается очень легко и прозрачно! Наверняка преподаватели и способные студенты возьмут себе на вооружение эту методику, так как в книгах автор бота её так и нашел.

Еще один пример, уже решенный с помощью бота.

Результат решения диофантового уравнения с тремя неизвестными

Целочисленные корни такого уравнения следующие

 

Дополнение: Когда будете решать подобные уравнения с помощью бота, можете столкнуться с тем, что бот Вам выдаст ошибку с просьбой, поменять переменные местами, для другой попытки решить уравнение. Это связано с тем что  при промежуточных вычислениях, получается нерешаемое уравнение

Как пример

При попытке решить уравнение

в нашем случае 

мы получим ошибку, так как при любых значениях, в левой части будет всегда(!!) чётное число, а в правой части как мы видим нечетное.

Но это не значит что изначальное уравнение нерешаемое. Достаточно поменять слагаемые в  другом порядке, например так

и получаем ответ

Целочисленные корни такого уравнения следующие

 

 

 

Дополнение от 23 ноября 2015 года

Зашел спор как решать  уравнение подобное этому 

Мол, позволяет ли методика которая была описана выше определить существует ли целочисленные решения этому уравнению?

Я не могу доказать, но предполагаю, что  если при всех циклических перестановках  слагаемых как  это было показано на примере уравнения  у нас получаются  нерешаемые линейные уравнения, то  такое уравнение нерешаемое.

В нашем примере так и получается что при любых переставновках, в левой части линейного уравнения всегда(!) будут НЕ взаимно простые числа, и НОД их  не является делителем числа в правой части уравнения ( =8 )

Таким образом утверждается что такое диофантовое уравнение нерешаемое в целых числах, но зато оно решается в случае рациональных дробей

при любых значениях z и t   уравнение будет верным

 

По горячим следам, окончательное дополнение от 23 нобяря 2015

Все таки я ошибся в последнем примере… решаемое оно

Так что вышеописанная методика и бот, применим ТОЛЬКО для тех случаев, когда хотя бы одна пара слагаемых  из левой части являются взаимно простыми числами.

Если конечно не воспользуетесь новым калькулятором который лишен, всех этих недостатков

Частное решение диофантового уравнения с несколькими неизвестными

Удачных расчетов!!

 

• Дробно-рациональная функция. Разложение на простейшие >>

Два уравнения с тремя неизвестными

63. Два уравнения с тремя неизвестными. Пусть имеем уравнения:

3x + 4y – 2z = 11
5x + 4y + 2z = 19,

которые надо решить совместно. Мы умеем решать совместно 2 уравнения с двумя неизвестными, почему прежде всего приходит мысль, что здесь одно неизвестное является лишним и что его, вероятно, можно заменить любым числом. И действительно. Если дадим x произвольное значение, например, возьмем x = 7, то получим

21 + 4y – 2z = 11
35 + 4y + 2z = 19,

т. е. 2 уравнения с двумя неизвестными, которые мы умеем решить.

Упростив эти уравнения, получим:

4y – 2z = –10
4y + 2z = –16.

Сложив из по частям, получим:

8y = –26 и y = –3 ¼.

Вычитая из 2-го первое, получим:

4z = –6 и z = –1 ½.

Взяв x = 0, получим:

4y – 2z = 11
4y + 2z = 19.

Решив (так же, как и выше) эти уравнения, получим:

y = 3 ¾; z = 2

Так же для x = 1, получим y = 2 ¾; z = 1 ½ и т. д.

Эти решения можно записать в таблице, причем, как видим, здесь одно неизвестное (у нас x) является независимым переменным, а два других являются зависимыми переменными.

Вот эта таблица:

Итак,

два уравнения с тремя неизвестными имеют бесконечно много решений, причем для получения их надо одному из неизвестных давать произвольные значения.

Чтобы удобнее получать эти решения, можно заранее из данных уравнений определить зависимые переменные через независимое.

Для этой цели перенесем члены 3x и 5x, имеющиеся в наших уравнениях, в правую часть (эти члены, ведь, приходится считать известными), — получим:

4y – 2z = 11 – 3x
4y + 2z = 19 – 5x.

Сложив эти уравнения по частям, получим:

8y = 30 – 8x и y = (30 – 8x) / 8 = (15 – 4x) / 4.

Вычитая по частям из 2-го уравнения первое, получим:

4z = 8 – 2x и z = (8 – 2x) / 4 = (4 – x) / 2.

Теперь, взяв для x какое-нибудь значение, например, x = 2, легко в уме найдем: y = 1 ¾ и z = 1.

Вот еще пример. Пусть даны уравнения:

2x + y – z = 7
3x + 2y + 4z = 11.

Определим из них x и y через z. Для этого сначала перенесем члены с z в правую часть уравнения:

2x + y = 7 + z и 3x + 2y = 11 – 4z      (1).

Обе части первого уравнения умножим на 2:

4x + 2y = 14 + 2z
3x + 2y = 11 – 4z.

Вычтем по частям из 1-го уравнения второе:

x = 3 + 6z      (2)

Таким образом мы определили x через z. Затем умножим обе части 1-го уравнения из системы (1) на 3 и обе части 2-го на 2 (чтобы уравнять коэффициенты при x). Получим:

6x + 3y = 21 + 3z
6x + 4y = 22 – 8z.

Вычитая по частям из 2-го уравнения первое, получим:

y = 1 – 11z      (3)

Таким образом определили y через z.

Пользуясь равенствами (2) и (3), легко найти сколько угодно решений данных двух уравнений, причем надо неизвестному z давать произвольные значения. Вот несколько решений:

Случаи систем уравнений с тремя неизвестными

67. Особенные случаи систем уравнений с тремя неизвестными. Возьмем следующую систему уравнений:

3x + 4y + 5z = 17
2x + 3y + 4z = 15
5x + 7y + 9z = 32

Наблюдательный человек здесь может подметить, что третье уравнение вовсе не является новым, а является следствием двух первых: каждый член 3-го уравнения получается от сложения соответствующих членов 1-го и 2-го уравнения (5x = 3x + 2x, 7y = 4y + 3y; 9z = 5z + 4z; 32 = 17 + 15), и само собою понятно, что если
3x + 4y + 5z должно равняться 17,
2x + 3y + 4z должно равняться 15,
то (3x + 4y + 5z) + (2x + 3y + 4z) должно равняться 32.

Поэтому мы здесь имеем, в сущности, только 2 уравнения с 3 неизвестными, и они имеют бесконечно много решений.

Можно составлять такие системы и более сложным путем. Возьмем два уравнения:

x – 2y + 3z = 7
2x + y – z = 5

Умножим каждое из них на какое-либо число и сложим (или вычтем) по частям полученные уравнения. Умножим обе части 1-го уравнения, например, на 3 и обе части второго на (–2) и полученные уравнения сложим. Тогда получим уравнения:

–x – 8y + 11z = 11.

Это уравнение является следствием двух первых и поэтому все три уравнения, взятые вместе, должны иметь бесконечно много решений.

Попробуем решать эти уравнения: 1) из 1-го и 3-го сложением по частям исключим x; 2) из 2-го и 3-го, умножив предварительно третье на 2, также исключим x:

Если теперь разделить обе части 1-го из полученных уравнений на 2 и обе части 2-го на 3, то получим одно и то же уравнение, а именно:

–5y + 7z = 9.

Это обстоятельство и является признаком того, что наша система имеет бесконечно много решений.

Если мы изберем такой план: 1) из 1-го и, напр., 3-го уравнений определим x и y через z; 2) подставим полученные выражения в 3-е уравнение, то должны получить само собою очевидное равенство, вроде 0 = 0 или 7 = 7 или 15 = 15 или –11 = –11 и т. п.

В самом деле:

то после предыдущего становится ясным, что эти 3 уравнения совместно решить нельзя. В самом деле, ведь левая часть 3-го уравнения получается от сложения левых частей 1-го и 2-го уравнений, а в таком случае эта сумма должна равняться 17 + 15 или 32, но не может равняться 33.

Также точно можно, взяв 2 уравнения произвольно, составить третье, несовместимое с ними, умножением каждого из взятых двух уравнений на какое-нибудь число и сложением (или вычитанием) полученных уравнений, причем известный член должно как-либо изменить. Например, если первое из взятых уравнений умножим на 2 (получим: 6x + 8y + 10z = 34), второе на 3 (получим: 6x + 9y + 12z = 45), сложим полученные уравнения по частям, но вторую часть как-либо изменим (напр., вместо получающейся суммы 79 возьмем 100), то полученное уравнение

12x + 17y + 22z = 100

не совместимо с первыми двумя.

Если кто-либо стал бы решать систему несовместимых уравнений, то пришел к результату явно нелепому, например:

0 = 5 или 7 = 11 или –5 = +5 и т. п.

Решение систем линейных уравнений с тремя неизвестными

Решение системы трех линейных уравнений с тремя неизвестными

Калькулятор для решения систем линейных уравнений 2×2 и 3×3.

Решение системы трех линейных уравнений методом Крамера

Решение систем линейных уравнений (правило Крамера)

Рассмотрим систему трех линейных уравнений с тремя неизвестными

По формулам Крамера получаем

Решение системы трех линейных уравнений методом Гаусса

Разделим первое уравнение системы на 3

Умножим уравнение (**) на 4 и вычтем из второго уравнения, затем умножим уравнение (**) на (-1) и вычтем из третьего уравнения. Получим систему уравнений

Разделим второе уравнений на и получим
Умножим уравнений (***) на и вычтем из третьего уравнения. В результате получаем следующую систему уравнений
Из последнего уравнения находим z=3. Подстaвляя найденное значение во второе уравнение, получаем:
=> y=1.
Подставляя найденные значения y и z в первое уравнение, найдем x => x=5.
Ответ: x=5, y=1, z=3

Решение систем двух линейных уравнений с двумя неизвестными методом Крамера.

Решение уравнений с тремя неизвестными онлайн калькулятор

Применение уравнений широко распространено в нашей жизни. Они используются во многих расчетах, строительстве сооружений и даже спорте. Уравнения человек использовал еще в древности и с тех пор их применение только возрастает. Уравнения с тремя неизвестными частое явление в математике. Способов решений данного рода уравнений довольно много и в большинстве случаев львиная их часть дополняется еще 2 уравнениями/условиями. Выбор способа решения напрямую зависит от конкретного уравнения.

Если в вашей системе имеются только 2 неизвестные из 3, то, скорее всего удобным решением данной системы будет выражение одних переменных через другие с их подстановкой в уравнение с 3 неизвестными. Все это делается для того, чтобы преобразовать его в обычное уравнение только с 1 неизвестной, решение которого даст число, которое можно будет подставить на место неизвестного и получить конечный результат по всем остальным неизвестным.

Так же читайте нашу статью «Решить уравнения с 4 неизвестными онлайн решателем»

Существуют системы уравнений, решаемых вычитанием из одного уравнения другого. Это возможно в том случае, если есть возможность умножения одного из выражений на переменную/значение, позволяющее при вычитании сократить несколько неизвестных. Однако стоит помнить, что при умножении и вычитании на число нужно выполнять действия с обеими частями выражения.

Где решить уравнение с 3 неизвестными онлайн?

Решить уравнение с тремя неизвестным онлайн решателем вы можете на нашем сайте https://pocketteacher.ru. Бесплатный онлайн решатель позволит решить уравнение онлайн любой сложности за считанные секунды. Все, что вам необходимо сделать — это просто ввести свои данные в решателе. Так же вы можете посмотреть видео инструкцию и узнать, как решить уравнение на нашем сайте. А если у вас остались вопросы, то вы можете задать их в нашей групе Вконтакте http://vk.com/pocketteacher. Вступайте в нашу группу, мы всегда рады помочь вам.

Решение линейных диофантовых уравнений с любым числом неизвестных / Хабр

Здравствуйте, уважаемые читатели! Продолжаю серию дилетантских статей о математике.
Сегодня предлагаю поразмышлять над некоторой интересной математической задачкой.
А именно, давайте-ка для разминки решим следующее линейной уравнение:

«Чего сложного?» — спросите вы. Действительно, лишь одно уравнение и целых четыре неизвестных. Следовательно, три переменных есть свободные, а последняя зависит от оных. Так давайте выразим скорее! Например, через переменную , тогда множество решений следующее:

где — множество любых действительных чисел.

Что же, решение действительно оказалось слишком тривиальным. Тогда будем нашу задачу усложнять и делать её более интересной.

Вспомним про линейные уравнения с целыми коэффициентами и целыми корнями, которые, собственно, являются разновидностью диофантовых уравнений. Конкретно — наложим на наше уравнение соответствующие ограничение на целочисленность коэффициентов и корней. Коэффициенты при неизвестных у нас и так целые (), а вот сами неизвестные необходимо ограничить следующим:

где — множество целых чисел.

Теперь решение, полученное в начале статьи, «не проканает», так как мы рискуем получить как рациональное (дробное) число. Так как же решить это уравнение исключительно в целых числах?

Заинтересовавшихся решением данной задачи прошу под кат.

А мы с вами продолжаем. Попробуем произвести некоторые элементарные преобразования искомого уравнения:

Задача выглядит по-прежнему непонятной, в таких случаях математики обычно производят какую-нибудь замену. Давайте и мы с вами её бахнем:

Опа, мы с вами достигли интересного результата! Коэффициент при у нас сейчас равен единице, а это значит, что мы с вами можем выразить эту неизвестную через остальные неизвестные в этом уравнении без всяких делений (чем грешили в самом начале статьи). Сделаем это:

Обращу внимание, что это говорит нам о том, что какие бы не были (в рамках диофантовых уравнений), всё равно останется целым числом, и это прекрасно.

Вспоминая, что справедливо говорить, что . А подставив заместо полученный выше результат получим:

Тут мы также видим, что что какие бы не были , всё равно останется целым числом, и это по-прежнему прекрасно.

Тогда в голову приходит гениальная идея: так давайте же объявим как свободные переменные, а будем выражать через них! На самом деле, мы уже это сделали. Осталось только записать ответ в систему решений:

Теперь можно лицезреть, что в системе решений нигде нет деления, а это значит, что всегда решения будут целочисленными. Попробуем найти частное решение исходного уравнения, положив, к примеру, что :

Подставим в исходное уравнение:

Тождественно, круто! Давайте попробуем ещё разок на другом примере?

Тут мы видим отрицательный коэффициент, он может доставить нам изрядных проблем, так что давайте от греха избавимся от него заменой , тогда уравнение будет следующим:

Как мы помним, наша задача сделать такие преобразования, чтобы в нашем уравнении оказалась неизвестная с единичным коэффициентом при ней (чтобы затем выразить её через остальные без любого деления). Для этого мы должны снова что-нибудь взять «за скобку», самое быстрое — это брать коэффициенты из уравнения которые самые близкие к единице. Однако нужно понимать, что за скобку можно взять только лишь то число, которое обязательно является каким-либо коэффициентом уравнения (ни больше, ни меньше), иначе наткнемся на тавтологию/противоречие или дроби (иными словами, нельзя чтобы свободные переменные появились где-то кроме как в последней замене). Итак:

Введем замену , тогда получим:

Вновь возьмем за скобку и наконец получим в уравнении неизвестную с единичным коэффициентом:

Введем замену , тогда:

Выразим отсюда нашу одинокую неизвестную :

Из этого следует, что какие бы мы не взяли, все равно останется целым числом. Тогда найдем из соотношения :

Аналогичным образом найдем из соотношения :

На этом наша система решений созрела — мы выразили абсолютно все неизвестные, не прибегая к делению, тем самым показывая, что решение точно будет целочисленным. Также не забываем, что , и нам надо ввести обратную замену. Тогда окончательная система решений следующая:

Таким образом, осталось ответить на вопрос — а любое ли подобное уравнение можно так решить? Ответ: нет, если уравнение в принципе нерешаемо. Такое возникает в тех случаях, если свободный член не делится нацело на НОД всех коэффициентов при неизвестных. Иными словами, имея уравнение:

Для его решения в целых числах достаточно выполнение следующего условия:

(где — наибольший общий делитель).
Доказательство

Доказательство в рамках этой статьи не рассматривается, так как это повод для отдельной статьи. Увидеть его вы можете, например, в чудесной книге В. Серпинского «О решении уравнений в целых числах» в §2.

Резюмируя вышесказанное, выпишем алгоритм действий для решения линейных диофантовых уравнений с любым числом неизвестных:

1. Проверяем, а решаемо ли уравнение вообще (вышеописанным свойством ). Если ответ положительный — переходим к следующему пункту.
2. Для ускорения процесса поделим все коэффициенты (включая свободный член) на их .
3. Избавляемся от отрицательных коэффициентов в уравнении заменой
4. Проводим серию замен (разваливая некоторые члены уравнения на суммы и объединяя их в скобки) таким образом, чтобы в конце концов один из членов уравнения был с единичным коэффициентов, и мы смогли вывести его без какого либо деления. Помня при этом, что за скобку можно взять только то число, которое обязательно является каким-либо коэффициентом уравнения (ни больше, ни меньше), иначе наткнемся на тавтологию/противоречие или дроби (иными словами, нельзя чтобы свободные переменные появились где-то кроме как в последней замене). Наконец, объявляем все переменные, через которые выражена оная, как свободные.
5. Выводим остальные переменные через вышевыведенную (выводим из всех наших замен), не забывая также про обратные замены.
6. Объединяем все в единую систему решений.

В заключение стоит сказать, что также можно добавить ограничения на каждый член уравнения в виде неравенства на оного (тогда к системе решений добавляется система неравенств, в соответствии с которой нужно будет скорректировать ответ), а также добавить ещё чего-нибудь интересное. Ещё не стоит забывать и про то, что алгоритм решения является строгим и поддается записи в виде программы для ЭВМ.

С вами был Петр,
спасибо за внимание.

numpy — Как решить нелинейное уравнение с помощью Python с тремя неизвестными и сотнями решений?

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
5. Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
6. О компании

.

math — Как решать системы уравнений с тремя переменными с помощью c #

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
5. Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
6. О компании

Загрузка

.