x + 2 y + 2 z = 1 x+2y+2z=1 x + 2 y + 2 z = 1 x + a y + 3 z = 3 x+ay+3z=3 x + a y + 3 z = 3 x + 11 y + a z = b x+11y+az=b x + 11 y + a z = b Augmented matrix
[ 1 2 2 1 1 a 3 3 1 11 a b ] \begin{bmatrix}
1 & 2 & 2 && 1 \\
1 & a & 3 && 3 \\
1 & 11 & a && b \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 1 1 2 a 11 2 3 a 1 3 b ⎦ ⎤ R 2 = R 2 − R 1 R_2=R_2-R_1 R 2 = R 2 − R 1
[ 1 2 2 1 0 a − 2 1 2 1 11 a b ] \begin{bmatrix}
1 & 2 & 2 && 1 \\
0 & a-2 & 1 && 2 \\
1 & 11 & a && b \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 1 2 a − 2 11 2 1 a 1 2 b ⎦ ⎤ R 3 = R 3 − R 1 R_3=R_3-R_1 R 3 = R 3 − R 1
[ 1 2 2 1 0 a − 2 1 2 0 9 a − 2 b − 1 ] \begin{bmatrix}
1 & 2 & 2 && 1 \\
0 & a-2 & 1 && 2 \\
0 & 9 & a -2&& b-1 \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 2 a − 2 9 2 1 a − 2 1 2 b − 1 ⎦ ⎤
If a − 2 = 0 a-2=0 a − 2 = 0
[ 1 2 2 1 0 0 1 2 0 9 0 b − 1 ] \begin{bmatrix}
1 & 2 & 2 && 1 \\
0 & 0 & 1 && 2 \\
0 & 9 & 0&& b-1 \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 2 0 9 2 1 0 1 2 b − 1 ⎦ ⎤
y = b − 1 9 , z = 2 , x = 1 − 2 ( b − 1 ) 9 − 4 y=\dfrac{b-1}{9}, z=2, x=1-\dfrac{2(b-1)}{9}-4 y = 9 b − 1 , z = 2 , x = 1 − 9 2 ( b − 1 ) − 4 If a = 2 , a=2, a = 2 , we have the unique solution
( − 2 b + 25 9 , b − 1 9 , 2 ) (-\dfrac{2b+25}{9}, \dfrac{b-1}{9}, 2) ( − 9 2 b + 25 , 9 b − 1 , 2 ) If a ≠ 2 a\not=2 a = 2
R 2 = R 2 a − 2 R_2=\dfrac{R_2}{a-2} R 2 = a − 2 R 2
[ 1 2 2 1 0 1 1 a − 2 2 a − 2 0 9 a − 2 b − 1 ] \begin{bmatrix}
1 & 2 & 2 && 1 \\
\\
0 & 1 & \dfrac{1}{a-2} && \dfrac{2}{a-2} \\
\\
0 & 9 & a -2&& b-1 \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 2 1 9 2 a − 2 1 a − 2 1 a − 2 2 b − 1 ⎦ ⎤ R 1 = R 1 − 2 R 2 R_1=R_1-2R_2 R 1 = R 1 − 2 R 2
[ 1 0 2 − 2 a − 2 1 − 4 a − 2 0 1 1 a − 2 2 a − 2 0 9 a − 2 b − 1 ] \begin{bmatrix}
1 & 0 & 2- \dfrac{2}{a-2} && 1-\dfrac{4}{a-2} \\
\\
0 & 1 & \dfrac{1}{a-2} && \dfrac{2}{a-2} \\
\\
0 & 9 & a -2&& b-1 \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 0 1 9 2 − a − 2 2 a − 2 1 a − 2 1 − a − 2 4 a − 2 2 b − 1 ⎦ ⎤ R 3 = R 3 − 9 R 2 R_3=R_3-9R_2 R 3 = R 3 − 9 R 2
[ 1 0 2 a − 6 a − 2 a − 6 a − 2 0 1 1 a − 2 2 a − 2 0 0 ( a − 2 ) 2 − 9 a − 2 ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 a − 2 ] \begin{bmatrix}
1 & 0 & \dfrac{2a-6}{a-2} && \dfrac{a-6}{a-2} \\
\\
0 & 1 & \dfrac{1}{a-2} && \dfrac{2}{a-2} \\
\\
0 & 0 & \dfrac{(a-2)^2-9}{a-2} && \dfrac{(b-1)(a-2)-18}{a-2} \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 0 1 0 a − 2 2 a − 6 a − 2 1 a − 2 ( a − 2 ) 2 − 9 a − 2 a − 6 a − 2 2 a − 2 ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 ⎦ ⎤
If ( a − 2 ) 2 − 9 a − 2 = 0 \dfrac{(a-2)^2-9}{a-2}=0 a − 2 ( a − 2 ) 2 − 9 = 0
a 1 = − 1 , a 2 = 5 a_1=-1, a_2=5 a 1 = − 1 , a 2 = 5 a = − 1 a=-1 a = − 1
[ 1 0 8 / 3 7 / 3 0 1 − 1 / 3 − 2 / 3 0 0 0 b + 5 ] \begin{bmatrix}
1 & 0 & 8/3 && 7/3 \\
0 & 1 & -1/3 && -2/3 \\
0 & 0 & 0 && b+5 \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 0 1 0 8/3 − 1/3 0 7/3 − 2/3 b + 5 ⎦ ⎤ If b ≠ − 5 , b\not=-5, b = − 5 , the system has no solution.
If b = − 5 , b=-5, b = − 5 , the system has more than one solution.
a = 5 a=5 a = 5
[ 1 0 4 / 3 − 1 / 3 0 1 1 / 3 2 / 3 0 0 0 b − 7 ] \begin{bmatrix}
1 & 0 & 4/3 && -1/3 \\
0 & 1 & 1/3 && 2/3 \\
0 & 0 & 0 && b-7 \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 0 1 0 4/3 1/3 0 − 1/3 2/3 b − 7 ⎦ ⎤ If b ≠ 7 , b\not=7, b = 7 , the system has no solution.
If b = 7 , b=7, b = 7 , the system has more than one solution.
If a ≠ 2 , a ≠ − 1 , a ≠ 5 a\not=2, a\not=-1, a\not=5 a = 2 , a = − 1 , a = 5
R 3 = ( a − 2 ( a − 2 ) 2 − 9 ) R 3 R_3=(\dfrac{a-2}{(a-2)^2-9})R_3 R 3 = ( ( a − 2 ) 2 − 9 a − 2 ) R 3
[ 1 0 2 a − 6 a − 2 a − 6 a − 2 0 1 1 a − 2 2 a − 2 0 0 1 ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 ( a − 2 ) 2 − 9 ] \begin{bmatrix}
1 & 0 & \dfrac{2a-6}{a-2} && \dfrac{a-6}{a-2} \\
\\
0 & 1 & \dfrac{1}{a-2} && \dfrac{2}{a-2} \\
\\
0 & 0 & 1 && \dfrac{(b-1)(a-2)-18}{(a-2)^2-9} \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 0 1 0 a − 2 2 a − 6 a − 2 1 1 a − 2 a − 6 a − 2 2 ( a − 2 ) 2 − 9 ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 ⎦ ⎤ R 1 = R 1 − ( 2 a − 6 a − 2 ) R 3 R_1=R_1-(\dfrac{2a-6}{a-2})R_3 R 1 = R 1 − ( a − 2 2 a − 6 ) R 3
[ 1 0 0 a 2 − 6 a + 33 − 2 ( a − 3 ) b ( a + 1 ) ( a − 5 ) 0 1 1 a − 2 2 a − 2 0 0 1 ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 ( a − 2 ) 2 − 9 ] \begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 && \dfrac{a^2-6a+33-2(a-3)b}{(a+1)(a-5)} \\
\\
0 & 1 & \dfrac{1}{a-2} && \dfrac{2}{a-2} \\
\\
0 & 0 & 1 && \dfrac{(b-1)(a-2)-18}{(a-2)^2-9} \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 0 1 0 0 a − 2 1 1 ( a + 1 ) ( a − 5 ) a 2 − 6 a + 33 − 2 ( a − 3 ) b a − 2 2 ( a − 2 ) 2 − 9 ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 ⎦ ⎤
R 2 = R 2 − R 3 a − 2 R_2=R_2-\dfrac{R_3}{a-2} R 2 = R 2 − a − 2 R 3
[ 1 0 0 a 2 − 6 a + 33 − 2 ( a − 3 ) b ( a + 1 ) ( a − 5 ) 0 1 0 2 a − 3 − b ( a + 1 ) ( a − 5 ) 0 0 1 ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 ( a + 1 ) ( a − 5 ) ] \begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 && \dfrac{a^2-6a+33-2(a-3)b}{(a+1)(a-5)} \\
\\
0 & 1 & 0 && \dfrac{2a-3-b}{(a+1)(a-5)} \\
\\
0 & 0 & 1 && \dfrac{(b-1)(a-2)-18}{(a+1)(a-5)} \\
\end{bmatrix} ⎣ ⎡ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ( a + 1 ) ( a − 5 ) a 2 − 6 a + 33 − 2 ( a − 3 ) b ( a + 1 ) ( a − 5 ) 2 a − 3 − b ( a + 1 ) ( a − 5 ) ( b − 1 ) ( a − 2 ) − 18 ⎦ ⎤ In this case the system has the unique solution.
i) The system has the unique solution for a ≠ − 1 , a ≠ 5. a\not=-1, a\not=5. a = − 1 , a = 5.
ii) The system has more than one solution for ( a , b ) = ( − 1 , − 5 ) (a, b)=(-1, -5) ( a , b ) = ( − 1 , − 5 ) or ( a , b ) = ( 5 , 7 ) . (a, b)=(5, 7). ( a , b ) = ( 5 , 7 ) .
Comments