Clasa 11Algebră

Sisteme de Ecuații Liniare — Teorie, Formule si Exemple

Sistemele de ecuații liniare sunt o temă centrală din programa de clasa a 11-a, Matematică M1, prezentă în aproape fiecare variantă de Bacalaureat la Subiectul II. Un sistem liniar se scrie matriceal ca AX=BAX = B și se rezolvă prin regula lui Cramer (când det⁡A≠0\det A \neq 0) sau prin metoda Gauss (eliminare gaussiană). Cel mai frecvent tip de problemă la BAC este un sistem 3×33 \times 3 cu parametru, unde trebuie să discuți compatibilitatea folosind teorema Rouché-Capelli. Stăpânirea acestor metode presupune cunoașterea solidă a calculului cu matrice și determinanți — cele trei teme formează un bloc inseparabil la Subiectul II.

Forma matriceală a unui sistem liniar

Un sistem de nn ecuații cu nn necunoscute: {a11x1+a12x2+⋯+a1nxn=b1a21x1+a22x2+⋯+a2nxn=b2⋮an1x1+an2x2+⋯+annxn=bn\begin{cases} a_{11}x_1 + a_{12}x_2 + \cdots + a_{1n}x_n = b_1 \\ a_{21}x_1 + a_{22}x_2 + \cdots + a_{2n}x_n = b_2 \\ \vdots \\ a_{n1}x_1 + a_{n2}x_2 + \cdots + a_{nn}x_n = b_n \end{cases} se scrie compact ca A⋅X=BA \cdot X = B, unde:
  • A=(aij)n×nA = (a_{ij})_{n \times n} — matricea coeficienților (matricea sistemului)
  • XX — vectorul necunoscutelor (n×1n \times 1)
  • BB — vectorul termenilor liberi (n×1n \times 1)
Matricea extinsă A~=(A∣B)\tilde{A} = (A \mid B) se obține adăugând coloana BB la dreapta matricei AA. Se folosește în metoda Gauss și în analiza Rouché-Capelli. Rangul unei matrice este ordinul celui mai mare minor nenul, adică numărul maxim de linii (sau coloane) liniar independente. Sistem omogen — când B=OB = O (toți termenii liberi sunt 0). Un sistem omogen are întotdeauna cel puțin soluția banală x1=x2=⋯=xn=0x_1 = x_2 = \cdots = x_n = 0.
usorExercițiu de bază
Scrieți în formă matriceală sistemul {2x+y=5x−3y=1\begin{cases} 2x + y = 5 \\ x - 3y = 1 \end{cases}.
1
2 puncte
Identificăm coeficienții: A=(211−3)A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -3 \end{pmatrix}, X=(xy)X = \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix}, B=(51)B = \begin{pmatrix} 5 \\ 1 \end{pmatrix}.
2
2 puncte
Forma matriceală: (211−3)(xy)=(51)\begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 \\ 1 \end{pmatrix}. Matricea extinsă: A~=(21∣51−3∣1)\tilde{A} = \begin{pmatrix} 2 & 1 & | & 5 \\ 1 & -3 & | & 1 \end{pmatrix}.
usorExercițiu de bază — sistem 3x3
Scrieți matricea sistemului și matricea extinsă pentru: {x+2y−z=33x−y+2z=12x+y+z=4\begin{cases} x + 2y - z = 3 \\ 3x - y + 2z = 1 \\ 2x + y + z = 4 \end{cases}.
1
2 puncte
A=(12−13−12211)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & -1 \\ 3 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix}, B=(314)B = \begin{pmatrix} 3 \\ 1 \\ 4 \end{pmatrix}.
2
3 puncte
Matricea extinsă: A~=(12−1∣33−12∣1211∣4)\tilde{A} = \begin{pmatrix} 1 & 2 & -1 & | & 3 \\ 3 & -1 & 2 & | & 1 \\ 2 & 1 & 1 & | & 4 \end{pmatrix}. Verificăm: det⁡A=1(−1−2)−2(3−4)+(−1)(3+2)=−3+2−5=−6≠0\det A = 1(-1-2) - 2(3-4) + (-1)(3+2) = -3 + 2 - 5 = -6 \neq 0.

Teorema Rouche-Capelli și compatibilitatea sistemului

Teorema Rouché-Capelli stabilește câte soluții are un sistem liniar AX=BAX = B cu nn necunoscute: | Condiție | Tip sistem | Număr de soluții | |---|---|---| | rang(A)≠rang(A~)\text{rang}(A) \neq \text{rang}(\tilde{A}) | Incompatibil | 00 soluții | | rang(A)=rang(A~)=n\text{rang}(A) = \text{rang}(\tilde{A}) = n | Compatibil determinat | Exact 11 soluție | | rang(A)=rang(A~)=r<n\text{rang}(A) = \text{rang}(\tilde{A}) = r < n | Compatibil nedeterminat | ∞\infty soluții (n−rn - r necunoscute libere) | Observație importantă: Rangul matricei extinse A~\tilde{A} este întotdeauna ≥rang(A)\geq \text{rang}(A) (adăugarea unei coloane nu scade rangul). Deci singurele posibilități sunt rang(A~)=rang(A)\text{rang}(\tilde{A}) = \text{rang}(A) sau rang(A~)=rang(A)+1\text{rang}(\tilde{A}) = \text{rang}(A) + 1. Cazul pătratic (nn ecuații, nn necunoscute) se simplifică:
  • det⁡A≠0⇒rang(A)=n⇒\det A \neq 0 \Rightarrow \text{rang}(A) = n \Rightarrow soluție unică — aplici Cramer
  • det⁡A=0⇒rang(A)<n⇒\det A = 0 \Rightarrow \text{rang}(A) < n \Rightarrow fie incompatibil, fie nedeterminat — aplici Gauss
mediuTip BAC — discuție cu parametru
Discutați compatibilitatea sistemului {x+y=22x+2y=k\begin{cases} x + y = 2 \\ 2x + 2y = k \end{cases} în funcție de k∈Rk \in \mathbb{R}.
1
2 puncte
Calculăm det⁡A=∣1122∣=2−2=0\det A = \begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 2 & 2 \end{vmatrix} = 2 - 2 = 0. Deoarece det⁡A=0\det A = 0, Cramer nu se aplică. Trecem la analiza Rouché-Capelli.
2
3 puncte
Matricea extinsă: A~=(11∣222∣k)\tilde{A} = \begin{pmatrix} 1 & 1 & | & 2 \\ 2 & 2 & | & k \end{pmatrix}. rang(A)=1\text{rang}(A) = 1 (liniile sunt proporționale: L2=2L1L_2 = 2L_1). Pentru rang(A~)\text{rang}(\tilde{A}): minorul ∣122k∣=k−4\begin{vmatrix} 1 & 2 \\ 2 & k \end{vmatrix} = k - 4.
3
3 puncte
Dacă k=4k = 4: rang(A~)=1=rang(A)<2\text{rang}(\tilde{A}) = 1 = \text{rang}(A) < 2 — sistem compatibil nedeterminat. Soluția generală: x=2−tx = 2 - t, y=ty = t, t∈Rt \in \mathbb{R}. Dacă k≠4k \neq 4: rang(A~)=2≠1=rang(A)\text{rang}(\tilde{A}) = 2 \neq 1 = \text{rang}(A) — sistem incompatibil.
mediuTip BAC — sistem 3x3 cu parametru
Determinați valorile lui m∈Rm \in \mathbb{R} pentru care sistemul {x+y+z=1x+my+z=0x+y+mz=0\begin{cases} x + y + z = 1 \\ x + my + z = 0 \\ x + y + mz = 0 \end{cases} este compatibil determinat.
1
2 puncte
Sistemul este compatibil determinat ⇔det⁡A≠0\Leftrightarrow \det A \neq 0. Calculăm: det⁡A=∣1111m111m∣\det A = \begin{vmatrix} 1 & 1 & 1 \\ 1 & m & 1 \\ 1 & 1 & m \end{vmatrix}.
2
3 puncte
Dezvoltăm pe prima linie (sau Sarrus): det⁡A=m2+1+1−m−m−1=m2−2m+1=(m−1)2\det A = m^2 + 1 + 1 - m - m - 1 = m^2 - 2m + 1 = (m-1)^2.
3
2 puncte
det⁡A=0⇔(m−1)2=0⇔m=1\det A = 0 \Leftrightarrow (m-1)^2 = 0 \Leftrightarrow m = 1. Deci sistemul este compatibil determinat pentru orice m∈R∖{1}m \in \mathbb{R} \setminus \{1\}.

Regula lui Cramer pentru rezolvarea sistemelor

Regula lui Cramer rezolvă orice sistem pătrat cu det⁡A≠0\det A \neq 0 (sistem compatibil determinat). Formula generală: xk=det⁡Akdet⁡Ax_k = \dfrac{\det A_k}{\det A}, unde AkA_k se obține din AA înlocuind coloana kk cu vectorul termenilor liberi BB. Algoritmul pentru un sistem 3×33 \times 3:
  1. Calculezi det⁡A\det A — dacă este 00, Cramer nu se aplică
  2. Calculezi det⁡A1\det A_1 (coloana 1 din AA este înlocuită cu BB)
  3. Calculezi det⁡A2\det A_2 (coloana 2 din AA este înlocuită cu BB)
  4. Calculezi det⁡A3\det A_3 (coloana 3 din AA este înlocuită cu BB)
  5. x=det⁡A1det⁡Ax = \dfrac{\det A_1}{\det A}, y=det⁡A2det⁡A\quad y = \dfrac{\det A_2}{\det A}, z=det⁡A3det⁡A\quad z = \dfrac{\det A_3}{\det A}
Total: 4 determinanți de ordin 3 (calculați prin Sarrus sau dezvoltare Laplace). Echivalent: Dacă det⁡A≠0\det A \neq 0, soluția se poate scrie și ca X=A−1⋅BX = A^{-1} \cdot B.
mediuTip BAC — Subiectul II
Rezolvați prin regula lui Cramer: {2x+y=53x−2y=4\begin{cases} 2x + y = 5 \\ 3x - 2y = 4 \end{cases}.
1
3 puncte
det⁡A=∣213−2∣=2⋅(−2)−1⋅3=−4−3=−7≠0\det A = \begin{vmatrix} 2 & 1 \\ 3 & -2 \end{vmatrix} = 2 \cdot (-2) - 1 \cdot 3 = -4 - 3 = -7 \neq 0. Sistemul este compatibil determinat, deci Cramer se aplică.
2
3 puncte
det⁡A1=∣514−2∣=5⋅(−2)−1⋅4=−14\det A_1 = \begin{vmatrix} 5 & 1 \\ 4 & -2 \end{vmatrix} = 5 \cdot(-2) - 1 \cdot 4 = -14, det⁡A2=∣2534∣=2⋅4−5⋅3=−7\quad \det A_2 = \begin{vmatrix} 2 & 5 \\ 3 & 4 \end{vmatrix} = 2 \cdot 4 - 5 \cdot 3 = -7.
3
2 puncte
x=det⁡A1det⁡A=−14−7=2x = \dfrac{\det A_1}{\det A} = \dfrac{-14}{-7} = 2, y=det⁡A2det⁡A=−7−7=1\quad y = \dfrac{\det A_2}{\det A} = \dfrac{-7}{-7} = 1. Verificare: 2(2)+1=52(2) + 1 = 5 ✓, 3(2)−2(1)=43(2) - 2(1) = 4 ✓.
mediuTip BAC — sistem 3x3
Rezolvați prin regula lui Cramer: {x+y+z=42x−y+z=3x+2y−z=1\begin{cases} x + y + z = 4 \\ 2x - y + z = 3 \\ x + 2y - z = 1 \end{cases}.
1
3 puncte
det⁡A=∣1112−1112−1∣=1(1−2)−1(−2−1)+1(4+1)=−1+3+5=7≠0\det A = \begin{vmatrix} 1 & 1 & 1 \\ 2 & -1 & 1 \\ 1 & 2 & -1 \end{vmatrix} = 1(1-2) - 1(-2-1) + 1(4+1) = -1 + 3 + 5 = 7 \neq 0.
2
2 puncte
det⁡A1=∣4113−1112−1∣=4(1−2)−1(−3−1)+1(6+1)=−4+4+7=7\det A_1 = \begin{vmatrix} 4 & 1 & 1 \\ 3 & -1 & 1 \\ 1 & 2 & -1 \end{vmatrix} = 4(1-2) - 1(-3-1) + 1(6+1) = -4 + 4 + 7 = 7.
3
3 puncte
det⁡A2=∣14123111−1∣=1(−3−1)−4(−2−1)+1(2−3)=−4+12−1=7\det A_2 = \begin{vmatrix} 1 & 4 & 1 \\ 2 & 3 & 1 \\ 1 & 1 & -1 \end{vmatrix} = 1(-3-1) - 4(-2-1) + 1(2-3) = -4 + 12 - 1 = 7. det⁡A3=∣1142−13121∣=1(−1−6)−1(2−3)+4(4+1)=−7+1+20=14\det A_3 = \begin{vmatrix} 1 & 1 & 4 \\ 2 & -1 & 3 \\ 1 & 2 & 1 \end{vmatrix} = 1(-1-6) - 1(2-3) + 4(4+1) = -7 + 1 + 20 = 14.
4
2 puncte
x=77=1x = \dfrac{7}{7} = 1, y=77=1y = \dfrac{7}{7} = 1, z=147=2z = \dfrac{14}{7} = 2. Verificare: 1+1+2=41+1+2=4 ✓, 2−1+2=32-1+2=3 ✓, 1+2−2=11+2-2=1 ✓.

Metoda Gauss (eliminare gaussiană) și forma treaptă

Metoda Gauss funcționează pentru orice sistem, inclusiv când det⁡A=0\det A = 0, și este obligatorie la BAC în cazul sistemelor cu parametru care devin incompatibile sau nedeterminate. Operații elementare pe linii (nu schimbă mulțimea soluțiilor):
  • Li←λ⋅LiL_i \leftarrow \lambda \cdot L_i — înmulțirea unei linii cu un scalar λ≠0\lambda \neq 0
  • Li←Li+λ⋅LjL_i \leftarrow L_i + \lambda \cdot L_j — adăugarea la o linie a unui multiplu al alteia
  • Li↔LjL_i \leftrightarrow L_j — interschimbarea a două linii
Algoritmul:
  1. Scrieți matricea extinsă A~=(A∣B)\tilde{A} = (A \mid B)
  2. Prin operații elementare pe linii, aduceți la formă treaptă (eșalon): zerouri sub diagonala principală
  3. Comparați rang(A)\text{rang}(A) cu rang(A~)\text{rang}(\tilde{A}) și aplicați Rouché-Capelli
  4. Dacă sistemul este compatibil determinat: substituție înapoi (back-substitution) din ultima ecuație spre prima
Forma treaptă (eșalon): fiecare linie nenulă începe cu un element nenul aflat mai la dreapta decât cel de pe linia precedentă.
mediuTip BAC — sistem 3x3 compatibil determinat
Rezolvați prin metoda Gauss: {x+y+z=62x+y−z=1x−y+2z=5\begin{cases} x + y + z = 6 \\ 2x + y - z = 1 \\ x - y + 2z = 5 \end{cases}.
1
3 puncte
Matricea extinsă: (111∣621−1∣11−12∣5)\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 & | & 6 \\ 2 & 1 & -1 & | & 1 \\ 1 & -1 & 2 & | & 5 \end{pmatrix}. Aplicăm L2←L2−2L1L_2 \leftarrow L_2 - 2L_1 și L3←L3−L1L_3 \leftarrow L_3 - L_1.
2
3 puncte
(111∣60−1−3∣−110−21∣−1)\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 & | & 6 \\ 0 & -1 & -3 & | & -11 \\ 0 & -2 & 1 & | & -1 \end{pmatrix}. Aplicăm L3←L3−2L2L_3 \leftarrow L_3 - 2L_2.
3
3 puncte
(111∣60−1−3∣−11007∣21)\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 & | & 6 \\ 0 & -1 & -3 & | & -11 \\ 0 & 0 & 7 & | & 21 \end{pmatrix}. Substituție înapoi: 7z=21⇒z=37z = 21 \Rightarrow z = 3; −y−3(3)=−11⇒y=2-y - 3(3) = -11 \Rightarrow y = 2; x+2+3=6⇒x=1x + 2 + 3 = 6 \Rightarrow x = 1.
greuTip BAC — discuție completă cu parametru
Discutați și rezolvați sistemul în funcție de m∈Rm \in \mathbb{R}: {x+my=1mx+y=m\begin{cases} x + my = 1 \\ mx + y = m \end{cases}.
1
2 puncte
det⁡A=∣1mm1∣=1−m2=(1−m)(1+m)\det A = \begin{vmatrix} 1 & m \\ m & 1 \end{vmatrix} = 1 - m^2 = (1 - m)(1 + m). Valorile critice: m=1m = 1 și m=−1m = -1.
2
3 puncte
Dacă m≠±1m \neq \pm 1 (det⁡A≠0\det A \neq 0): aplicăm Cramer. det⁡A1=∣1mm1∣=1−m2\det A_1 = \begin{vmatrix} 1 & m \\ m & 1 \end{vmatrix} = 1 - m^2, det⁡A2=∣11mm∣=m−m=0\det A_2 = \begin{vmatrix} 1 & 1 \\ m & m \end{vmatrix} = m - m = 0. Deci x=1−m21−m2=1x = \dfrac{1 - m^2}{1 - m^2} = 1, y=01−m2=0y = \dfrac{0}{1 - m^2} = 0. Soluție unică: (x,y)=(1,0)(x, y) = (1, 0).
3
2 puncte
Dacă m=1m = 1: Sistemul devine {x+y=1x+y=1\begin{cases} x + y = 1 \\ x + y = 1 \end{cases} — ecuații identice. rang(A)=rang(A~)=1<2\text{rang}(A) = \text{rang}(\tilde{A}) = 1 < 2 — compatibil nedeterminat. Soluția generală: x=1−tx = 1 - t, y=ty = t, t∈Rt \in \mathbb{R}.
4
2 puncte
Dacă m=−1m = -1: Sistemul devine {x−y=1−x+y=−1\begin{cases} x - y = 1 \\ -x + y = -1 \end{cases} — a doua ecuație este (−1)⋅(-1) \cdot prima, deci ecuații proporționale. rang(A)=rang(A~)=1<2\text{rang}(A) = \text{rang}(\tilde{A}) = 1 < 2 — compatibil nedeterminat. Soluția generală: x=1+tx = 1 + t, y=ty = t, t∈Rt \in \mathbb{R}.
greuTip BAC — sistem omogen
Determinați valorile lui a∈Ra \in \mathbb{R} pentru care sistemul omogen {x+ay+z=0ax+y+z=0x+y+az=0\begin{cases} x + ay + z = 0 \\ ax + y + z = 0 \\ x + y + az = 0 \end{cases} admite și soluții nenule.
1
2 puncte
Un sistem omogen admite soluții nenule ⇔det⁡A=0\Leftrightarrow \det A = 0. Calculăm det⁡A=∣1a1a1111a∣\det A = \begin{vmatrix} 1 & a & 1 \\ a & 1 & 1 \\ 1 & 1 & a \end{vmatrix}.
2
3 puncte
Prin Sarrus: det⁡A=a+a+1−1−1−a3=2a−a3=a(2−a2)\det A = a + a + 1 - 1 - 1 - a^3 = 2a - a^3 = a(2 - a^2). Alternativ: a(2−a)(2+a)a(\sqrt{2} - a)(\sqrt{2} + a).
3
3 puncte
det⁡A=0⇔a=0\det A = 0 \Leftrightarrow a = 0 sau a2=2⇔a=±2a^2 = 2 \Leftrightarrow a = \pm\sqrt{2}. Deci sistemul admite soluții nenule pentru a∈{−2, 0, 2}a \in \{-\sqrt{2},\, 0,\, \sqrt{2}\}.

Rezolvarea sistemului folosind matricea inversă

Când det⁡A≠0\det A \neq 0, matricea AA este inversabilă și soluția sistemului AX=BAX = B se obține direct: X=A−1⋅BX = A^{-1} \cdot B Această metodă este echivalentă cu Cramer, dar este utilă în special când:
  • Matricea inversă A−1A^{-1} este deja calculată (sau cerută la un punct anterior)
  • Trebuie rezolvate mai multe sisteme cu aceeași matrice AA dar cu diferiți BB
Formulă pentru inversa matricei 2×22 \times 2: A−1=1det⁡A(d−b−ca),A=(abcd)A^{-1} = \frac{1}{\det A} \begin{pmatrix} d & -b \\ -c & a \end{pmatrix}, \quad A = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} Pentru matrice 3×33 \times 3: A−1=1det⁡A⋅A∗A^{-1} = \dfrac{1}{\det A} \cdot A^{*}, unde A∗A^{*} este adjuncta (transpusa matricei cofactorilor).
mediuTip BAC — inversă 2x2
Rezolvați sistemul {3x+2y=8x+y=3\begin{cases} 3x + 2y = 8 \\ x + y = 3 \end{cases} folosind matricea inversă.
1
4 puncte
A=(3211)A = \begin{pmatrix} 3 & 2 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}, det⁡A=3−2=1≠0\det A = 3 - 2 = 1 \neq 0. A−1=11(1−2−13)=(1−2−13)A^{-1} = \dfrac{1}{1} \begin{pmatrix} 1 & -2 \\ -1 & 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & -2 \\ -1 & 3 \end{pmatrix}.
2
4 puncte
X=A−1⋅B=(1−2−13)(83)=(8−6−8+9)=(21)X = A^{-1} \cdot B = \begin{pmatrix} 1 & -2 \\ -1 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 8 \\ 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 8 - 6 \\ -8 + 9 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 1 \end{pmatrix}. Deci x=2x = 2, y=1y = 1.
mediuExercițiu combinat
Știind că A=(1123)A = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 2 & 3 \end{pmatrix}, rezolvați ecuația matriceală AX=(513)AX = \begin{pmatrix} 5 \\ 13 \end{pmatrix}.
1
3 puncte
det⁡A=3−2=1\det A = 3 - 2 = 1. A−1=(3−1−21)A^{-1} = \begin{pmatrix} 3 & -1 \\ -2 & 1 \end{pmatrix}.
2
4 puncte
X=A−1B=(3−1−21)(513)=(15−13−10+13)=(23)X = A^{-1} B = \begin{pmatrix} 3 & -1 \\ -2 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 5 \\ 13 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 15 - 13 \\ -10 + 13 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \end{pmatrix}. Verificare: (1123)(23)=(513)\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 2 & 3 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 \\ 13 \end{pmatrix} ✓.

Greșeli frecvente la sistemele de ecuații liniare

✗
Aplic regula lui Cramer fără să verific mai întâi că det⁡A≠0\det A \neq 0
✓Calculez întotdeauna det⁡A\det A ca prim pas. Dacă det⁡A=0\det A = 0, Cramer nu se aplică — trec la Gauss.
Regula lui Cramer funcționează exclusiv pentru sisteme compatibil determinate (det⁡A≠0\det A \neq 0). Aplicarea ei cu det⁡A=0\det A = 0 duce la împărțire la zero.
✗
La formarea matricei AkA_k, înlocuiesc o linie cu termenii liberi în loc de coloana kk
✓La AkA_k se înlocuiește coloana kk (nu linia!) cu vectorul coloană BB al termenilor liberi.
Confuzia linie-coloană este cea mai frecventă eroare la Cramer. Coloana kk corespunde necunoscutei xkx_k.
✗
Concluzionez că det⁡A=0\det A = 0 înseamnă „sistemul nu are soluții"
✓det⁡A=0\det A = 0 înseamnă doar că Cramer nu se aplică. Sistemul poate fi incompatibil (0 soluții) SAU compatibil nedeterminat (∞\infty soluții). Trebuie analiză suplimentară prin Rouché-Capelli.
De exemplu, sistemul omogen AX=OAX = O cu det⁡A=0\det A = 0 are mereu infinit de soluții nenule, nu zero soluții.
✗
La metoda Gauss, aplic operații elementare și pe coloana termenilor liberi separat
✓Operațiile elementare se aplică simultan pe toată linia din matricea extinsă, inclusiv termenul liber.
Dacă aplici L2←L2−2L1L_2 \leftarrow L_2 - 2L_1, trebuie să scazi din fiecare element al liniei 2 (inclusiv termenul liber) dublul elementului corespunzător de pe linia 1.
✗
La discuția cu parametru, uit să analizez separat fiecare valoare critică a parametrului
✓După ce găsesc valorile mm pentru care det⁡A=0\det A = 0, analizez fiecare valoare separat: înlocuiesc mm în sistem și determin rangurile.
Două valori diferite ale parametrului pot duce la situații diferite: una poate da sistem incompatibil, alta compatibil nedeterminat.

Sfaturi pentru rezolvarea sistemelor liniare la BAC

Algoritmul standard la Subiectul II: (1) Calculezi det⁡A\det A. (2) Dacă det⁡A≠0\det A \neq 0: aplici Cramer, găsești soluția unică, verifici prin substituție. (3) Dacă det⁡A=0\det A = 0: scrii matricea extinsă, aplici Gauss, compari rangurile. Nu săriți niciun pas — fiecare valorează puncte.
Cramer vs Gauss — când folosești ce: Sistemele 3×33 \times 3 fără parametru cu det⁡A≠0\det A \neq 0 se rezolvă cel mai rapid prin Cramer (4 determinanți Sarrus). Gauss devine obligatoriu când det⁡A=0\det A = 0 sau când problema cere explicit „metoda Gauss". La probleme cu parametru, calculează det⁡A\det A ca funcție de parametru, apoi discută cazurile.
Verificarea soluției prin substituție valorează 1-2 puncte la BAC și durează sub un minut. Înlocuiți valorile găsite în toate ecuațiile originale. Nu verificați doar într-o singură ecuație — asta nu demonstrează corectitudinea completă.
Legătura matrice-determinanți-sisteme: La Subiectul II, cele 3-4 cerințe formează adesea un lanț: (a) calculează det⁡A\det A, (b) află A−1A^{-1}, (c) rezolvă AX=BAX = B. Folosiți rezultatele de la cerințele anterioare — nu recalculați determinantul dacă l-ați obținut deja!
Probleme cu parametru — schema completă: Fie det⁡A=P(m)\det A = P(m) un polinom în mm. Rezolvați P(m)=0P(m) = 0 pentru valorile critice. Apoi: (1) pentru m≠m \neq valorile critice — Cramer, soluție unică; (2) pentru fiecare valoare critică — înlocuiți în matricea extinsă, aplicați Gauss, verificați dacă sistemul este compatibil nedeterminat sau incompatibil.

Formular de sisteme liniare — Cramer, Gauss, Rouché-Capelli

Formă matriceală
AX=BAX = B
AA = matricea coeficienților, XX = vectorul necunoscutelor, BB = vectorul termenilor liberi.
Regula lui Cramer
xk=det⁡Akdet⁡Ax_k = \dfrac{\det A_k}{\det A}, det⁡A≠0\det A \neq 0
AkA_k = matricea AA cu coloana kk înlocuită prin BB. Total: n+1n + 1 determinanți de calculat.
Soluție unică (Rouche-Capelli)
rang(A)=rang(A~)=n\text{rang}(A) = \text{rang}(\tilde{A}) = n
Rangul egal cu numărul de necunoscute garantează soluție unică. Echivalent cu det⁡A≠0\det A \neq 0 în cazul pătratic.
Infinit de soluții (Rouche-Capelli)
rang(A)=rang(A~)=r<n\text{rang}(A) = \text{rang}(\tilde{A}) = r < n
Există n−rn - r necunoscute libere (parametri). Soluția depinde de n−rn - r parametri reali.
Sistem incompatibil (Rouche-Capelli)
rang(A)≠rang(A~)\text{rang}(A) \neq \text{rang}(\tilde{A})
Ranguri diferite: nu există nicio soluție. Întotdeauna rang(A~)=rang(A)+1\text{rang}(\tilde{A}) = \text{rang}(A) + 1 în acest caz.
Soluție prin matricea inversă
X=A−1⋅BX = A^{-1} \cdot B, det⁡A≠0\det A \neq 0
Echivalent cu Cramer. Utilă când A−1A^{-1} este deja calculată sau cerută la un alt punct.
Sistem omogen — soluții nenule
AX=OAX = O are soluții ≠O⇔det⁡A=0\neq O \Leftrightarrow \det A = 0
Sistemul omogen are mereu soluția banală X=OX = O. Soluții nenule există doar dacă det⁡A=0\det A = 0.
57 zile până la BAC

Pregătește-te la Sisteme de Ecuații Liniare cu AI

Rezolvă probleme pe hârtie, fotografiază și primește feedback instant de la AI — ca de la un profesor.

Vreau evaluare AI pe soluția mea

50 credite gratuite la înregistrare. Fără card, fără obligații.