Pembahasan sistem persamaan dengan parameter

Pada halaman ini kita akan melihat bagaimana membahas dan menyelesaikan sistem persamaan dengan parameter . Selain itu, Anda akan menemukan contoh dan latihan penyelesaian sistem persamaan linear untuk dipraktikkan.

Di sisi lain, untuk menganalisis sistem persamaan linier, penting bagi Anda untuk mengetahui apa itu aturan Cramer dan apa itu teorema Rouché–Frobenius , karena kita akan menggunakannya terus-menerus.

Contoh sistem persamaan linear dengan parameter

  • Diskusikan dan selesaikan sistem persamaan berikut dengan parameter m :

\begin{cases} x+y+2z= 2 \\[1.5ex] -x+my+2z=0 \\[1.5ex] 3x+mz = 4\end{cases}

Pertama-tama kita buat matriks A dan matriks perluasan A’ dari sistem:

\displaystyle  A= \left( \begin{array}{ccc}1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & m & 2 \\[1.1ex] 3 & 0 & m \end{array} \right) \qquad A'= \left( \begin{array}{ccc|c} 1 & 1 & 2 & 2 \\[1.1ex] -1 & m & 2 & 0 \\[1.1ex] 3 & 0 & m & 4 \end{array} \right)

Sekarang kita selesaikan determinan A menggunakan aturan Sarrus, untuk melihat berapa rank matriksnya:

\displaystyle\begin{aligned}  \begin{vmatrix}A \end{vmatrix}= \begin{vmatrix} 1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & m & 2 \\[1.1ex] 3 & 0 & m \end{vmatrix} & =m^2+6+0-6m-0+m \\ & = m^2-5m+6 \end{aligned}

Jadi hasil determinan A bergantung pada nilai m . Oleh karena itu, kita akan melihat nilai m mana yang determinannya hilang. Untuk melakukan ini, kami menetapkan hasilnya sama dengan 0 :

\displaystyle   m^2-5m+6 = 0

Dan kita selesaikan persamaan kuadrat tersebut dengan rumus:

\displaystyle  m = \cfrac{-b \pm \sqrt{b^2-4ac}}{2a}

\displaystyle  m = \cfrac{-(-5) \pm \sqrt{(-5)^2-4\cdot 1 \cdot 6}}{2 \cdot 1} = \cfrac{5 \pm \sqrt{25-24}}{2} =\cfrac{5 \pm 1}{2} = \begin{cases} \bm{m = 3} \\[2ex] \bm{m =2} \end{cases}

Jadi jika m sama dengan 2 atau 3 maka determinan A akan sama dengan 0. Dan jika m berbeda dengan 2 dan berbeda dengan 3 maka determinan A akan berbeda dengan 0.

Oleh karena itu kita harus menganalisis setiap kasus secara terpisah:

m≠3 dan m≠2:

Seperti yang baru saja kita lihat, jika parameter m berbeda dengan 2 dan 3, determinan matriks A berbeda dengan 0. Oleh karena itu, rank A adalah 3 .

\displaystyle  rg(A)=3

Selain itu, rank matriks A’ juga 3 , karena di dalamnya terdapat submatriks 3×3 yang determinannya berbeda dengan 0. Dan tidak mungkin berpangkat 4 karena ‘kita tidak dapat membuat determinan 4×4.

\displaystyle  rg(A')=3

Kemudian, karena pangkat dari matriks A sama dengan pangkat dari matriks A’ dan dengan banyaknya sistem yang tidak diketahui (3), berdasarkan teorema Rouché-Frobenius kita mengetahui bahwa matriks tersebut adalah Depended System Kompatibel (SCD) :

\displaystyle  \begin{array}{c} \begin{array}{c} \color{black}rg(A) = 3 \\[1.3ex] \color{black}rg(A')=3 \\[1.3ex] \color{black}\text{N\'umero de inc\'ognitas} = 3    \end{array}} \\ \\  \color{blue} \boxed{ \color{black}\phantom{^9_9} rg(A) = rg(A') = n = 3  \color{blue} \ \bm{\longrightarrow} \ \color{black} \bm{SCD}\phantom{^9_9}} \end{array}

Setelah kita mengetahui bahwa sistem tersebut adalah Sistem yang Ditentukan Kompatibel (DCS), kita menerapkan aturan Cramer untuk menyelesaikannya. Untuk melakukannya, ingatlah bahwa matriks A, determinannya, dan matriks A’ adalah:

\displaystyle  A= \left( \begin{array}{ccc}1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & m & 2 \\[1.1ex] 3 & 0 & m \end{array} \right) \qquad A'= \left( \begin{array}{ccc|c} 1 & 1 & 2 & 2 \\[1.1ex] -1 & m & 2 & 0 \\[1.1ex] 3 & 0 & m & 4 \end{array} \right)

\displaystyle  \begin{vmatrix}A \end{vmatrix}= \begin{vmatrix} 1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & m & 2 \\[1.1ex] 3 & 0 & m \end{vmatrix} = m^2-5m+6

Untuk menghitung x dengan aturan Cramer, kita ubah kolom pertama determinan matriks A menjadi kolom suku bebas dan membaginya dengan determinan A:

\displaystyle\bm{x} = \cfrac{\begin{vmatrix} 2 & 1 & 2\\[1.1ex]0&m&2 \\[1.1ex] 4 & 0 & m \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} A \end{vmatrix}} = \cfrac{2m^2+8-8m}{m^2-5m+6}

Untuk menghitung y dengan aturan Cramer, kita ubah kolom kedua determinan A menjadi kolom suku bebas dan membaginya dengan determinan A:

\displaystyle \bm{y} = \cfrac{\begin{vmatrix}1 & 2 & 2 \\[1.1ex] -1 & 0 & 2 \\[1.1ex] 3 & 4 & m \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} A \end{vmatrix}}=\cfrac{-4+2m}{m^2-5m+6}

Untuk menghitung z dengan aturan Cramer, kita ubah kolom ketiga determinan A menjadi kolom suku bebas dan membaginya dengan determinan A:

\displaystyle \bm{z} = \cfrac{\begin{vmatrix}  1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & m & 0 \\[1.1ex] 3 & 0 & 4\end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} A \end{vmatrix}} = \cfrac{-2m+4}{m^2-5m+6}

Oleh karena itu, penyelesaian sistem persamaan untuk kasus m≠3 dan m≠2 adalah:

\displaystyle  \bm{x =} \cfrac{\bm{2m^2+8-8m}}{\bm{m^2-5m+6}} \qquad \bm{y=} \cfrac{\bm{-4+2m}}{\bm{m^2-5m+6}} \qquad \bm{z =} \cfrac{\bm{-2m+4}}{\bm{m^2-5m+6}}

Seperti yang Anda lihat, dalam hal ini solusi sistem persamaan adalah fungsi dari m.

Setelah kita menemukan solusi ketika m berbeda dari 2 dan 3, kita akan menyelesaikan sistem ketika m sama dengan 2:

m=2:

Sekarang kita akan menganalisis sistem jika parameter m sama dengan 2. Dalam hal ini matriks A dan A’ adalah:

\displaystyle  A= \left( \begin{array}{ccc}1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & 2 & 2 \\[1.1ex] 3 & 0 & 2 \end{array} \right) \qquad A'= \left( \begin{array}{ccc|c} 1 & 1 & 2 & 2 \\[1.1ex] -1 & 2 & 2 & 0 \\[1.1ex] 3 & 0 & 2 & 4 \end{array} \right)

Seperti yang kita lihat sebelumnya, ketika m=2 determinan A adalah 0. Oleh karena itu, matriks A tidak berpangkat 3. Namun di dalamnya terdapat 2×2 determinan selain 0, misalnya:

\displaystyle  \begin{vmatrix}1 & 1 \\[1.1ex] -1 & 2  \end{vmatrix} = 2 - (-1)=3 \neq 0

Jadi, dalam hal ini pangkat A adalah 2 :

\displaystyle  rg(A)=2

Setelah kita mengetahui rank matriks A, kita menghitung rank A’. Penentu dari 3 kolom pertama menghasilkan 0, jadi kita coba kemungkinan determinan 3×3 lainnya pada matriks A’:

\displaystyle  \begin{vmatrix} 1 & 2 & 2 \\[1.1ex] 2 & 2 & 0 \\[1.1ex] 0 & 2 & 4 \end{vmatrix} = 0 \qquad \begin{vmatrix} 1 & 2 & 2 \\[1.1ex] -1 & 2 & 0 \\[1.1ex] 3 & 2 & 4 \end{vmatrix}=0\qquad \begin{vmatrix} 1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & 2 & 0 \\[1.1ex] 3 & 0 & 4\end{vmatrix}=0

Semua determinan yang mungkin untuk dimensi 3×3 menghasilkan 0. Namun, jelas bahwa matriks A’ mempunyai determinan non-0 2×2 yang sama dengan matriks A:

\displaystyle  \begin{vmatrix}1 & 1 \\[1.1ex] -1 & 2  \end{vmatrix} = 2 - (-1)=3 \neq 0

Oleh karena itu, matriks A’ juga mempunyai rangking 2 :

\displaystyle  rg(A')=2

Jadi, karena pangkat matriks A sama dengan pangkat matriks A’ tetapi keduanya lebih kecil dari jumlah sistem yang tidak diketahui (3), kita mengetahui melalui teorema Rouché-Frobenius bahwa ini adalah Sistem yang Kompatibel Tak Pasti (ICS):

\displaystyle  \begin{array}{c} \begin{array}{c} \color{black}rg(A) = 2 \\[1.3ex] \color{black}rg(A')=2 \\[1.3ex] \color{black}\text{N\'umero de inc\'ognitas} = 3    \end{array}} \\ \\  \color{blue} \boxed{ \color{black}\phantom{^9_9} rg(A) = rg(A') = 2 \ < \ n =3  \color{blue} \ \bm{\longrightarrow} \ \color{black} \bm{SCI}\phantom{^9_9}} \end{array}

Karena ini adalah ICS, kita perlu mengubah sistem untuk mengatasinya. Untuk melakukan ini, pertama-tama kita harus menghilangkan persamaan dari sistem, dalam hal ini kita akan menghapus persamaan terakhir:

\begin{cases} x+y+2z= 2 \\[1.5ex] -x+2y+2z=0 \\[1.5ex] \cancel{3x+2z = 4} \end{cases} \longrightarrow \quad \begin{cases}  x+y+2z= 2 \\[1.5ex] -x+2y+2z=0\end{cases}

Sekarang mari kita ubah variabel z menjadi λ:

\begin{cases}x+y+2z= 2 \\[1.5ex] -x+2y+2z=0  \end{cases} \xrightarrow{z \ = \ \lambda}\quad \begin{cases} x+y+2\lambda= 2 \\[1.5ex] -x+2y+2\lambda=0\end{cases}

Dan kami menempatkan suku dengan λ dengan suku independen:

\begin{cases}x+y=2-2\lambda \\[1.5ex] -x+2y=-2\lambda \end{cases}

Oleh karena itu, matriks A dan matriks A’ dari sistem tersebut tetap:

\displaystyle  A= \left( \begin{array}{ccc} 1 & 1  \\[1.1ex] -1 & 2 \end{array} \right) \qquad A'= \left( \begin{array}{cc|c} 1 & 1 & 2 -2\lambda \\[1.1ex] -1 & 2 & -2\lambda \end{array} \right)

Terakhir, setelah kita mengubah sistem, kita menerapkan aturan Cramer . Untuk melakukan ini, pertama-tama kita selesaikan determinan A:

\displaystyle  \begin{vmatrix}A \end{vmatrix}= \begin{vmatrix} 1 & 1  \\[1.1ex] -1 & 2\end{vmatrix} =2-(-1)=3

Untuk menghitung x dengan aturan Cramer, kita ubah kolom pertama determinan A menjadi kolom suku bebas dan membaginya dengan determinan A:

\displaystyle  \bm{x} = \cfrac{\begin{vmatrix} 2 -2\lambda & 1  \\[1.1ex] -2\lambda & 2 \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} A \end{vmatrix}} = \cfrac{4-4\lambda-(-2\lambda)}{3} = \cfrac{\bm{4-2\lambda}}{\bm{3}}

Untuk menghitung y dengan aturan Cramer, kita ubah kolom kedua determinan A menjadi kolom suku bebas dan membaginya dengan determinan A:

\displaystyle \bm{y} = \cfrac{\begin{vmatrix} 1 & 2 -2\lambda  \\[1.1ex] -1 & -2\lambda  \end{vmatrix}}{\begin{vmatrix} A \end{vmatrix}}=\cfrac{-2\lambda -(-2+2\lambda)}{3} = \cfrac{\bm{2-4\lambda} }{\bm{3}}

Sehingga ketika m=2 solusi sistem persamaan tersebut adalah fungsi dari λ, karena merupakan SCI dan oleh karena itu memiliki solusi tak terhingga:

\displaystyle  \bm{x =}  \cfrac{\bm{4-2\lambda}}{\bm{3}}  \qquad \bm{y=}\cfrac{\bm{2-4\lambda}}{\bm{3}} \qquad \bm{z=\lambda}

Kita telah menganalisis solusi sistem ketika parameter m berbeda dari 2 dan 3, dan ketika sama dengan 2. Oleh karena itu, kita hanya memerlukan kasus terakhir: ketika m bernilai 3:

m=3:

Sekarang kita akan menganalisis apa yang terjadi jika parameter m adalah 3. Dalam hal ini matriks A dan A’ adalah:

\displaystyle  A= \left( \begin{array}{ccc}1 & 1 & 2 \\[1.1ex] -1 & 3 & 2 \\[1.1ex] 3 & 0 & 3 \end{array} \right) \qquad A'= \left( \begin{array}{ccc|c} 1 & 1 & 2 & 2 \\[1.1ex] -1 & 3 & 2 & 0 \\[1.1ex] 3 & 0 & 3 & 4 \end{array} \right)

Seperti yang kita lihat sebelumnya, ketika m=3 determinan A adalah 0. Jadi matriks A tidak berpangkat 3. Namun di dalamnya terdapat 2×2 determinan yang berbeda dengan 0, misalnya:

\displaystyle \begin{vmatrix}1 & 1 \\[1.1ex] -1 & 3  \end{vmatrix} = 3 - (-1)=4 \neq 0

Jadi, dalam hal ini pangkat A adalah 2 :

\displaystyle  rg(A)=2

Setelah kita mengetahui rank matriks A, kita menghitung rank A’. Penentu 3 kolom pertama menghasilkan 0, oleh karena itu kita coba determinan 3×3 lain yang ada di dalam matriks A’, misalnya matriks 3 kolom terakhir:

\displaystyle  \begin{vmatrix} 1 & 2 & 2 \\[1.1ex] 3 & 2 & 0 \\[1.1ex] 0 & 3 & 4\end{vmatrix}=2

Sebaliknya matriks A’ memang mengandung determinan yang hasilnya berbeda dengan 0, sehingga matriks A’ mempunyai rank 3 :

\displaystyle  rg(A')=3

Jadi, ketika m = 3, pangkat matriks A lebih rendah daripada pangkat matriks A’. Jadi, dari teorema Rouché-Frobenius, kami menyimpulkan bahwa sistem tersebut adalah Sistem yang Tidak Kompatibel (IS) :

\displaystyle  \begin{array}{c} \begin{array}{c} \color{black}rg(A) = 2 \\[1.3ex] \color{black}rg(A')=3 \\[1.3ex] \color{black}\text{N\'umero de inc\'ognitas}=3\end{array}} \\ \\  \color{blue} \boxed{ \color{black}\phantom{^9_9} rg(A)=2 \ \neq \ rg(A') = 3 \color{blue} \ \bm{\longrightarrow} \ \color{black} \bm{SI}\phantom{^9_9}} \end{array}

Oleh karena itu, sistem persamaan tidak memiliki solusi jika m = 3.

Ringkasan contoh:

Seperti yang telah kita lihat, penyelesaian sistem persamaan bergantung pada nilai parameter m . Berikut adalah ringkasan dari semua kemungkinan kasus:

  • m≠3 dan m≠2:

\displaystyle \bm{SCD} \longrightarrow \begin{cases} x = \cfrac{2m^2+8-8m}{m^2-5m+6} \\[3.5ex] y =\cfrac{-4+2m}{m^2-5m+6} \\[3.5ex] z = \cfrac{-2m+4}{m^2-5m+6} \end{cases}

  • m=2:

\displaystyle \bm{SCI} \longrightarrow \begin{cases} x = \cfrac{4-2\lambda}{3} \\[3.5ex] y= \cfrac{2-4\lambda}{3} \\[3.5ex] z = \lambda \end{cases}

  • m=3:

\displaystyle \bm{SI} \longrightarrow

Sistem tidak memiliki solusi.

Di sini kita telah melakukan seluruh proses menggunakan teorema Rouche dan aturan Cramer, namun sistem persamaan dengan parameter juga dapat didiskusikan dan diselesaikan denganmetode Gauss (dengan latihan) . Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang metode ini di halaman tertaut, di mana Anda akan menemukan penjelasan rinci tentang prosedur serta contoh dan latihan yang diselesaikan langkah demi langkah.

Pembahasan Soal Pembahasan Sistem Persamaan Linier dengan Parameter

Latihan 1

Diskusikan dan selesaikan sistem persamaan linier bergantung parameter berikut:

menyelesaikan latihan sistem persamaan dengan parameter

Latihan 2

Diskusikan dan temukan solusi sistem persamaan linear bergantung parameter berikut:

latihan diselesaikan langkah demi langkah sistem persamaan linear dengan parameter

Tinggalkan Komentar

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *