(a) Obtain a system of linear equations to represent the given information.
Construct a system containing three linear equations.
x + y + z = 20 x+y+z=20 x + y + z = 20
2 x + y − z = 23 2x+y-z=23 2 x + y − z = 23
3 x + y + z = 46 3x+y+z=46 3 x + y + z = 46
(b) Write down the system in (a) as a matrix equation.
A X = B AX=B A X = B
A = ( 1 1 1 2 1 − 1 3 1 1 ) , X = ( x y z ) , B = ( 20 23 46 ) A=\begin{pmatrix}
1 & 1 & 1\\
2 & 1 & -1\\
3 & 1 & 1\\
\end{pmatrix}, X=\begin{pmatrix}
x\\
y \\
z
\end{pmatrix}, B=\begin{pmatrix}
20\\
23\\
46
\end{pmatrix} A = ⎝ ⎛ 1 2 3 1 1 1 1 − 1 1 ⎠ ⎞ , X = ⎝ ⎛ x y z ⎠ ⎞ , B = ⎝ ⎛ 20 23 46 ⎠ ⎞
( 1 1 1 2 1 − 1 3 1 1 ) ( x y z ) = ( 20 23 46 ) \begin{pmatrix}
1 & 1 & 1\\
2 & 1 & -1\\
3 & 1 & 1\\
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
x\\
y \\
z
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
20\\
23\\
46
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 1 2 3 1 1 1 1 − 1 1 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ x y z ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 20 23 46 ⎠ ⎞
(c) Use inverse matrix to solve for x , y x,y x , y and z z z
A X = B AX=B A X = B
A − 1 A X = A − 1 B A^{-1}AX=A^{-1}B A − 1 A X = A − 1 B
X = A − 1 B X=A^{-1}B X = A − 1 B
det A = ∣ 1 1 1 2 1 − 1 3 1 1 ∣ = 1 ∣ 1 − 1 1 1 ∣ − 1 ∣ 2 − 1 3 1 ∣ + 1 ∣ 2 1 3 1 ∣ \detA=\begin{vmatrix}
1 & 1 & 1\\
2 & 1 & -1\\
3 & 1 & 1\\
\end{vmatrix}=1\begin{vmatrix}
1 & -1 \\
1 & 1
\end{vmatrix}-1\begin{vmatrix}
2 & -1 \\
3 & 1
\end{vmatrix}+1\begin{vmatrix}
2 & 1 \\
3 & 1
\end{vmatrix} det A = ∣ ∣ 1 2 3 1 1 1 1 − 1 1 ∣ ∣ = 1 ∣ ∣ 1 1 − 1 1 ∣ ∣ − 1 ∣ ∣ 2 3 − 1 1 ∣ ∣ + 1 ∣ ∣ 2 3 1 1 ∣ ∣
= 1 + 1 − ( 2 + 3 ) + 2 − 3 = − 4 ≠ 0 = > A − 1 e x i s t s =1+1-(2+3)+2-3=-4\not=0=>A^{-1}\ exists = 1 + 1 − ( 2 + 3 ) + 2 − 3 = − 4 = 0 => A − 1 e x i s t s Find the cofactor matrix:
C 11 = ( − 1 ) ( 1 + 1 ) ∣ 1 − 1 1 1 ∣ = 2 C_{11}=(-1)^{(1+1)}\begin{vmatrix}
1 & -1 \\
1 & 1
\end{vmatrix}=2 C 11 = ( − 1 ) ( 1 + 1 ) ∣ ∣ 1 1 − 1 1 ∣ ∣ = 2
C 12 = ( − 1 ) ( 1 + 2 ) ∣ 2 − 1 3 1 ∣ = − 5 C_{12}=(-1)^{(1+2)}\begin{vmatrix}
2 & -1 \\
3 & 1
\end{vmatrix}=-5 C 12 = ( − 1 ) ( 1 + 2 ) ∣ ∣ 2 3 − 1 1 ∣ ∣ = − 5
C 13 = ( − 1 ) ( 1 + 3 ) ∣ 2 1 3 1 ∣ = − 1 C_{13}=(-1)^{(1+3)}\begin{vmatrix}
2 & 1 \\
3 & 1
\end{vmatrix}=-1 C 13 = ( − 1 ) ( 1 + 3 ) ∣ ∣ 2 3 1 1 ∣ ∣ = − 1
C 21 = ( − 1 ) ( 2 + 1 ) ∣ 1 1 1 1 ∣ = 0 C_{21}=(-1)^{(2+1)}\begin{vmatrix}
1 & 1 \\
1 & 1
\end{vmatrix}=0 C 21 = ( − 1 ) ( 2 + 1 ) ∣ ∣ 1 1 1 1 ∣ ∣ = 0
C 22 = ( − 1 ) ( 2 + 2 ) ∣ 1 1 3 1 ∣ = − 2 C_{22}=(-1)^{(2+2)}\begin{vmatrix}
1 & 1 \\
3 & 1
\end{vmatrix}=-2 C 22 = ( − 1 ) ( 2 + 2 ) ∣ ∣ 1 3 1 1 ∣ ∣ = − 2
C 23 = ( − 1 ) ( 2 + 3 ) ∣ 1 1 3 1 ∣ = 2 C_{23}=(-1)^{(2+3)}\begin{vmatrix}
1 & 1 \\
3 & 1
\end{vmatrix}=2 C 23 = ( − 1 ) ( 2 + 3 ) ∣ ∣ 1 3 1 1 ∣ ∣ = 2
C 31 = ( − 1 ) ( 3 + 1 ) ∣ 1 1 1 − 1 ∣ = − 2 C_{31}=(-1)^{(3+1)}\begin{vmatrix}
1 & 1 \\
1 & -1
\end{vmatrix}=-2 C 31 = ( − 1 ) ( 3 + 1 ) ∣ ∣ 1 1 1 − 1 ∣ ∣ = − 2
C 32 = ( − 1 ) ( 3 + 2 ) ∣ 1 1 2 − 1 ∣ = 3 C_{32}=(-1)^{(3+2)}\begin{vmatrix}
1 & 1 \\
2 & -1
\end{vmatrix}=3 C 32 = ( − 1 ) ( 3 + 2 ) ∣ ∣ 1 2 1 − 1 ∣ ∣ = 3
C 33 = ( − 1 ) ( 3 + 3 ) ∣ 1 1 2 1 ∣ = − 1 C_{33}=(-1)^{(3+3)}\begin{vmatrix}
1 & 1 \\
2 & 1
\end{vmatrix}=-1 C 33 = ( − 1 ) ( 3 + 3 ) ∣ ∣ 1 2 1 1 ∣ ∣ = − 1 The cofactor matrix is
( 2 − 5 − 1 0 − 2 2 − 2 3 − 1 ) \begin{pmatrix}
2 & -5 & -1\\
0 & -2 & 2\\
-2 & 3 & -1\\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 2 0 − 2 − 5 − 2 3 − 1 2 − 1 ⎠ ⎞ The adjugate matrix is
( 2 0 − 2 − 5 − 2 3 − 1 2 − 1 ) \begin{pmatrix}
2 & 0 & -2\\
-5 & -2 & 3\\
-1 & 2 & -1\\
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ 2 − 5 − 1 0 − 2 2 − 2 3 − 1 ⎠ ⎞
A − 1 = 1 − 4 ( 2 0 − 2 − 5 − 2 3 − 1 2 − 1 ) A^{-1}=\dfrac{1}{-4}\begin{pmatrix}
2 & 0 & -2\\
-5 & -2 & 3\\
-1 & 2 & -1\\
\end{pmatrix} A − 1 = − 4 1 ⎝ ⎛ 2 − 5 − 1 0 − 2 2 − 2 3 − 1 ⎠ ⎞
= ( − 1 / 2 0 1 / 2 5 / 4 1 / 2 − 3 / 4 1 / 4 − 1 / 2 1 / 4 ) =\begin{pmatrix}
-1/2 & 0 &1/2\\
5/4 & 1/2 & -3/4\\
1/4 & -1/2 & 1/4\\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ − 1/2 5/4 1/4 0 1/2 − 1/2 1/2 − 3/4 1/4 ⎠ ⎞
( x y z ) = ( − 1 / 2 0 1 / 2 5 / 4 1 / 2 − 3 / 4 1 / 4 − 1 / 2 1 / 4 ) ( 20 23 46 ) \begin{pmatrix}
x\\
y \\
z
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
-1/2 & 0 &1/2\\
5/4 & 1/2 & -3/4\\
1/4 & -1/2 & 1/4\\
\end{pmatrix}\begin{pmatrix}
20\\
23\\
46
\end{pmatrix} ⎝ ⎛ x y z ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ − 1/2 5/4 1/4 0 1/2 − 1/2 1/2 − 3/4 1/4 ⎠ ⎞ ⎝ ⎛ 20 23 46 ⎠ ⎞
= ( − 10 + 0 + 23 25 + 23 / 2 − 69 / 2 5 − 23 / 2 + 23 / 2 ) = ( 13 2 5 ) =\begin{pmatrix}
-10+0+23 \\
25+23/2-69/2 \\
5-23/2+23/2\\
\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}
13\\
2\\
5\\
\end{pmatrix} = ⎝ ⎛ − 10 + 0 + 23 25 + 23/2 − 69/2 5 − 23/2 + 23/2 ⎠ ⎞ = ⎝ ⎛ 13 2 5 ⎠ ⎞ Then x = 13 , y = 2 , z = 5. x=13, y=2, z=5. x = 13 , y = 2 , z = 5.
( 13 , 2 , 5 ) . (13, 2, 5). ( 13 , 2 , 5 ) .
Comments