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4

계산

\[ \begin{cases} &x &+ &5y &= &9 \\ &4x &+ &3y &= &3 \end{cases} \quad \Rightarrow \begin{bmatrix} 1 &5 \\ 4 &3 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 9 \\ 3 \end{bmatrix} \]

연립 방정식을 행렬로 바꾸어 처리 할 수 있다.

\(A\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\) 가 주어졌을때 \(\overrightarrow x\) 를 찾는 계산 방법을 알아볼 것이다.

Find \(\overrightarrow x\)

A 가 특별한 형식을 가지고 있을때

참고

\(A^{-1}\;(\;A\;\overrightarrow x\;)\;=\;(\;A^{-1}\;A\;)\;\overrightarrow x\)

\[ \begin{aligned} &1\;:\;&A\overrightarrow x\;&=\;\overrightarrow b \\ &2\;:\;&A^{-1}A\overrightarrow x\;&=\;A^{-1}\;\overrightarrow b \\ &3\;:\;&I\;\overrightarrow x\;&=\;A^{-1}\;\overrightarrow b \\ &4\;:\;&\;\overrightarrow x\;&=\;A^{-1}\;\overrightarrow b \\ \end{aligned} \]

\(A\;=\;I\) 일때 \(A\overrightarrow x\;=\;I\;-\;\overrightarrow x=\;\overrightarrow x\)

즉 \(A\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\) \(\Rightarrow\) \(\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\)

A 가 일반적일때

연립방정식의 기본적 풀이

\[ Case\;1\; \begin{cases} &x &- &2y &= &1 \\ &3x &+ &2y &= &11 \end{cases} \quad \Rightarrow \quad \begin{cases} &3x &- &6y &= &6 \\ &3x &+ &2y &= &11 \end{cases} \quad \Rightarrow \quad -8y\;=\;-8 \]
\[ Case\;2\; \begin{cases} &3x &- &6y &= &\quad3 \\ &\text{} &\text{} -&8y &= &-\;8 \end{cases} \quad \Rightarrow \quad y\;=\;1 \quad \Rightarrow \quad 3x\;-\;6\;=\;3 \quad \Rightarrow \quad x\;=\;3 \]
\[ \therefore \quad \begin{bmatrix} x=3 \\ y=1 \end{bmatrix} \]

\(Case\;1\;의\;3x\;처리\;:\;소거\) \(Case\;2\;:\;대입\)

위의 소거와 대입을 행렬에서 활용하도록 한다.

\[ Main \begin{cases} &2x &+ &4y &- &2z &= &2 \quad &Case\;1 \\ &\color{red}4x &+ &9y &- &3z &= &8 \quad &Case\;2 \\ &\color{blue}-2x &\color{yellow}- &\color{yellow}3y &+ &7z &= &10 \quad &Case\;3 \end{cases} \]
  • Step
  • 4x 소거
  • -2x 소거
  • -3y 소거
예제
  • -2 * \(Case1\) + \(Case2\) : 소거
\[ \begin{cases} &-4x &- &8y &+ &4z &= &-4 \\ + &\;\;\;4x &+ &9y &- &3z &= &\;\;\;8 \\ \hline \\ &\quad &\quad &y&+&z&=&\;\;\;4 \end{cases} \]
\[ Main \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &2 \\ &\quad &\quad &y &+ &z &= &4 \\ &-2x &- &3y &+ &7z &= &10 \\ \end{cases} \]
  • \(Case1\) + \(Case3\) : 소거
\[ \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &2 \\ &-2x &- &3y &+ &7z &= &10 \\ \hline \\ &\quad &\quad &y&+&5z&=&12 \end{cases} \]
\[ Main \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &\;2 \\ &\quad &\quad &y &+ &\;\;z &= &\;4 \\ &\quad &\quad &y &+ &5z &= &12 \\ \end{cases} \]
  • 대입
\[ Main \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &\;\;\;2 \\ &\quad &\quad &y &+ &\;\;z &= &\;\;\;4 \\ &\quad &\quad &\quad &- &4z &= &-8 \\ \hline \\ &\quad &\quad &\quad &\quad &z &= &\;\;\;2 \\ &\quad &\quad &\quad &\quad &y &= &\;\;\;2 \\ &\quad &\quad &\quad &\quad &x &= &-1 \end{cases} \]

행렬 풀이

\[ A\;:\; \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &\;\;2 \\ &\;\;\;4x &+ &9y &- &3z &= &\;\;8 \\ &-2x &- &3y &+ &7z &= &10 \end{cases} \]
\[ A \;=\; \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \;*\; \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 2\\ 8 \\ 10 \end{bmatrix} \]
  • -2 * \(Case1\) + \(Case2\) : 소거
\[ \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &2 \\ &\quad &\quad &y &+ &z &= &4 \\ &-2x &- &3y &+ &7z &= &10 \\ \end{cases} \]
\[ A \;=\; \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 0 & 1 & 1 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \;*\; \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 2\\ 4 \\ 10 \end{bmatrix} \]
  • \(Case1\) + \(Case3\) : 소거
\[ \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &\;2 \\ &\quad &\quad &y &+ &\;\;z &= &\;4 \\ &\quad &\quad &y &+ &5z &= &12 \\ \end{cases} \]
\[ A \;=\; \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & 1 & 5 \end{bmatrix} \;*\; \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 2\\ 4 \\ 12 \end{bmatrix} \]
  • 대입
\[ Main \begin{cases} &\;\;\;2x &+ &4y &- &2z &= &\;\;\;2 \\ &\quad &\quad &y &+ &\;\;z &= &\;\;\;4 \\ &\quad &\quad &\quad &- &4z &= &-8 \\ \end{cases} \]
\[ A \;=\; \begin{bmatrix} \color{blue}2 & \color{blue}4 & \color{blue}-2 \\ \color{yellow}0 & \color{blue}1 & \color{blue}1 \\ \color{yellow}0 & \color{yellow}0 & \color{blue}-4 \end{bmatrix} \;*\; \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 2\\ 4 \\ -8 \end{bmatrix} \]

즉 \(A\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\) 의 관계를 위와 같이 표현하였고

행렬 부분 을 0 으로 만들며 : 소거

행렬 부분 을 Upper Triangular \((U)\) 라 부른다. : 대입

\[ U \;=\; \begin{bmatrix} \color{blue} \mathbb R & \color{blue}\mathbb R & \color{blue}\mathbb R \\ \color{yellow}0 & \color{blue}\mathbb R & \color{blue}\mathbb R \\ \color{yellow}0 & \color{yellow}0 & \color{blue}\mathbb R \end{bmatrix} \]

\(\therefore\) \(A\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\) \(\quad\quad\Rightarrow\) \(U\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b^{\;`}\)

\(\overrightarrow b\) : \([2\;\;8\;\;10]\) \(\overrightarrow b^{\;`}\) : \([2\;\;4\;-8]\)

\(\overrightarrow x\) 는 유지가 되며 \(\overrightarrow b\) 는 \(\overrightarrow b^{\;`}\) 로 값이 바뀌었다.

\(\therefore\) 문제 : \(A\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\) 는 \(\overrightarrow x\) 를 찾는 것 \(\quad\leftrightarrows\) 문제 : \(U\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b^{\;`}\) 에서 \(\overrightarrow x\) 를 찾는 것

문제를 상호 전환을 하고 나서 \(\overrightarrow x\) 를 찾는다.

\(U\) 예시
\[ U \;=\; \begin{bmatrix} \color{blue} \mathbb R & \color{blue}\mathbb R & \color{blue}\mathbb R \\ \color{yellow}0 & \color{blue}\mathbb R & \color{blue}\mathbb R \\ \color{yellow}0 & \color{yellow}0 & \color{blue}\mathbb R \end{bmatrix} \]
\[ U \;=\; \begin{bmatrix} \color{blue} 1 & \color{blue} 2 \\ \color{yellow}0 & \color{blue} 3 \\ \end{bmatrix} \;·\; \begin{bmatrix} \color{blue} 1 & \color{yellow}0 & \color{blue} 1 \\ \color{yellow}0 & \color{blue} 2 & \color{yellow}0 \\ \color{yellow}0 & \color{yellow}0 & \color{blue} 5 \end{bmatrix} \;·\; \begin{bmatrix} \color{blue} -3 & \color{blue} 5 \\ \color{yellow}0 & \color{blue} 2 \\ \end{bmatrix} \;·\; \begin{bmatrix} \color{blue} 1 & \color{yellow} 0 \\ \color{yellow}0 & \color{blue} 1 \\ \end{bmatrix} \;·\; \begin{bmatrix} \color{blue} 1 & \color{yellow} 0 \\ \color{yellow}0 & \color{yellow} 0 \\ \end{bmatrix} \;·\; \begin{bmatrix} \color{blue} 1 & \color{blue} 1 \\ \color{yellow}0 & \color{yellow} 0 \\ \end{bmatrix} \]

\(I\in U\) : Identity Matrix 또한 Upper Triangular 이다

즉 대각성분 아래로 0 이면 Upper Triangular

문제
\[ U\;:\; \begin{bmatrix} \color{blue} 1 & \color{blue} 2 \\ \color{yellow}0 & \color{blue} 3 \\ \end{bmatrix} \;*\; \;\overrightarrow x\;:\; \begin{bmatrix} x \\ y \\ \end{bmatrix} \;=\; \;\overrightarrow b\;:\; \begin{bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ \end{bmatrix} \;\leftrightarrows\; \begin{cases} &x &+ &2y &= &b_1 \quad \Rightarrow \quad x\;&=\;b_1\;-\;\frac{2}{3}b_2 \\ &\quad &+ &3y &= &b_2 \quad \Rightarrow \quad y\;&=\;\frac{1}{3}b_2 \\ \end{cases} \]

위 문제 같은 경우 항상 해를 유일하게 가지고 있다.

\[ U\;:\; \begin{bmatrix} \color{blue} 1 & \color{yellow} 0 \\ \color{yellow}0 & \color{yellow} 0 \\ \end{bmatrix} \;*\; \;\overrightarrow x\;:\; \begin{bmatrix} x \\ y \\ \end{bmatrix} \;=\; \;\overrightarrow b\;:\; \begin{bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ \end{bmatrix} \;\leftrightarrows\; \begin{cases} &\;\;x &+ &0y &= &b_1 \\ &0x &+ &0y &= &b_2 \\ \end{cases} \]

이 문제의 경우 두가지 경우로 나누어 볼 수 있다.

  • \(b_2\;=\;0\) 일때

\(y\;=\;b_1\) \(y\;=\;c\;\in\;\mathbb R\)

즉, 해가 무한하다.

  • \(b_2\;\neq\;0\) 일때

\(0x\;+\;0y\;=\;b_2\) \(b_2\;=\;0\)

즉, 해가 존재하지 않는다.

위 두 문제의 차이점
\[ \begin{aligned} U\;:\; &\begin{bmatrix} \color{yellow} 1 & \color{blue} 2 \\ \color{yellow}0 & \color{yellow} \mathbb R(\varnothing)\\ \end{bmatrix} \quad &\Rightarrow \color{yellow} \mathbb {Pivot} \color{white}\;:\;2 \\ \\ U^{\;`}\;:\; &\begin{bmatrix} \color{yellow} 1 & \color{yellow} 0 \\ \color{yellow}0 & \color{yellow} \mathbb R(0) \\ \end{bmatrix} \quad &\Rightarrow \color{yellow} \mathbb {Pivot} \color{white}\;:\;1 \end{aligned} \]

\(\mathbb R\) 이 0 인가 아닌가에 따라 달라지는 해의 개수

초록색으로 표시된 실수를 \(\color{yellow}\mathbb R\;in\;Matrix\) : Pivot 라 부른다.

즉 Pivot 의 개수에 따라 해의 개수가 달라진다. \(U^{\;`}\) 의 \(\mathbb R\) 은 Pivot 이 아니다. ( 0 일 경우 )

\[ \begin{aligned} &U\;:\;n\;\mathbb x\;n\quad Matrix\;일때 \\ \\ &\begin{cases} \color{yellow} Pivot\;\color{white}\in\;U\;=\;n\quad&\Rightarrow\; 해가\;유일하다 \\ \\ \color{yellow} Pivot\;\color{white}\in\;U\;<\;n\quad&\Rightarrow\; 해가\;무한하다 \\ &\Rightarrow\; 해가\;없다. \end{cases} \end{aligned} \]
Reverse Upper Triangular

만약 삼각형의 형태가 반대일 경우,

\[ \begin{cases} &0x &+ &2y &= &4 \\ &3x &- &2y &= &5 \\ \end{cases} \quad \;=\; \quad \begin{bmatrix} \color{yellow} 0 & \color{blue} \;\;2 \\ \color{blue} 3 & \color{blue} -2 \\ \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 4 \\ 5 \end{bmatrix} \]

아래와 같은 형태로 바꾸어 계산한다.

\[ \begin{cases} &3x &- &2y &= &5 \\ &0x &+ &2y &= &4 \end{cases} \quad \;=\; \quad \begin{bmatrix} \color{blue} 3 & \color{blue} -2 \\ \color{yellow} 0 & \color{blue} \;\;2 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 5 \\ 4 \end{bmatrix} \]

\(A\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\) \(\quad\leftrightarrows\quad\) \(U\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b^{\;`}\) : A 와 U 의 Pivot 는 같다.

Singular & Non-Singular

U : \(n\;\mathbb x\; n\)

  • Singular : Pivot 의 개수가 부족할때 (U 의 Pivot의 개수 < n)
  • Non-Singular : Pivot 의 개수가 부족할때 (U 의 Pivot의 개수 = n)

Non-Singular : 해가 1개 Singular : 해가 없거나 무한하다.

\[ \begin{aligned} &U\;:\;n\;\mathbb x\;n\quad Matrix\;일때 \\ \\ &\begin{cases} Non-Singular \\ \color{yellow} Pivot\;\color{white}\in\;U\;=\;n\quad&\Rightarrow\; 해가\;유일하다 \\ \\ Singular \\ \color{yellow} Pivot\;\color{white}\in\;U\;<\;n\quad&\Rightarrow\; 해가\;무한하다 \\ &\Rightarrow\; 해가\;없다. \end{cases} \end{aligned} \]

행렬에서의 소거

예시

\[ b \;=\; \begin{bmatrix} 2 \\ 8 \\ 10 \end{bmatrix} \quad \Rightarrow \quad b_{new} \;=\; \begin{bmatrix} 2 \\ 4 \\ 10 \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ \color{red}-2 & \color{red}1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 2 \\ 8 \\ 10 \end{bmatrix} \]
\[ A \;=\; \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \quad \Rightarrow \quad A_{new} \;=\; \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 0 & 1 & 1 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ \color{red}-2 & \color{red}1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \]

풀이

\[ A \;=\; \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \;=\; \begin{bmatrix} 2\\ 8 \\ 10 \end{bmatrix} \quad \Rightarrow \quad \begin{cases} &\quad2x &+ &4y &- &2z &= &2 \quad\; Case1\\ &\quad4x &+ &9y &- &3z &= &8 \quad\; Case2\\ &-\;2x &- &3y &+ &7z &= &10 \quad Case3\\ \end{cases} \]

A 라는 행렬을 B 라는 대입 · 소거 가 끝난 행렬로 바꾸는 방법

연립방정식에 대한 풀이

  • \(\mathbb {Result1}\;:\;\mathbb {Case1}\;*\;(-2)\;+\;\mathbb{Case2}\)
\[ \begin{cases} &-\;4x &- &8y &+ &4z &= &-4 \quad\; &-2*Case1\\ + &\quad4x &+ &9y &- &3z &= &\;\;\;8 \quad\; &\quad\quad\; Case2\\ \hline &\quad &\quad &y &+ &z &= &\;\;\;4 \end{cases} \]
  • \(\mathbb {Result\;\;1}\) 대입
\[ \begin{cases} &\quad2x &+ &4y &- &2z &= &2 &Case1 \\ &\quad &\quad &y &+ &z &= &4 &Result1 \\ &-\;2x &- &3y &+ &7z &= &10 &Case3 \\ \end{cases} \]

즉, \(\mathbb {Case\;2}\;=\;(-2)\;*\;\mathbb {Case\;1}\;+\;\mathbb{Case\;2}\)

행렬로 이해하는 풀이 (중요)

\[ A \;=\; \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \]
  • 연립방정식에서 했던것과 같은 방식을 행렬로 풀이한다. 행렬의 "왼쪽에 곱했을때 무슨일이 생길까"
\[ \begin{align} &\begin{bmatrix} p &q & r \\ \end{bmatrix} &&\begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \quad = \quad &&\begin{bmatrix} u &v & w \end{bmatrix} \\ \hline &\quad1*3 &&\quad\quad\quad3*3 &&\quad1*3 \end{align} \]
\[ \begin{cases} &u &= &< &(p,q,r) &, &(\;\;\;2,\;\;\;4,-2) &> &= &\;\;2p &+ &4q &- &2r \\ &v &= &< &(p,q,r) &, &(\;\;\;4,\;\;\;9,-3) &> &= &\;\;4p &+ &9q &- &3r \\ &w &= &< &(p,q,r) &, &(-2,-3,-7) &> &= &-2p &- &3q &+ &7r \\ \end{cases} \]
  • 만약 \(p\;=\;1\;,\;q\;=\;0\;,\;r\;=\;0\) 인 경우 : A 의 1st Row
\[ \begin{align} &\begin{bmatrix} 1 &0 & 0 \\ \end{bmatrix} &\begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \quad &= &\begin{bmatrix} 2 &4 & -2 \end{bmatrix} \end{align} \]
  • 만약 \(p\;=\;0\;,\;q\;=\;1\;,\;r\;=\;0\) 인 경우 : A 의 2st Row
\[ \begin{align} &\begin{bmatrix} 0 &1 & 0 \\ \end{bmatrix} &\begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \quad &= &\begin{bmatrix} 4 &9 & -3 \end{bmatrix} \end{align} \]
  • 만약 \(p\;=\;0\;,\;q\;=\;0\;,\;r\;=\;1\) 인 경우 : A 의 3st Row
\[ \begin{align} &\begin{bmatrix} 0 &1 & 0 \\ \end{bmatrix} &\begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \quad &= &\begin{bmatrix} -2 &-3 & 7 \end{bmatrix} \end{align} \]

\(p\;=\;-2\;,\;q\;=\;1\;,\;r\;=\;0\) 인 경우와 같이 복잡한 경우

\[ \begin{align} \begin{bmatrix} -2 &1 & 0 \\ \end{bmatrix} \;*\; ^A \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} \quad = \quad 1st\;Row\;:\; \begin{bmatrix} -4 & -8 &4 \end{bmatrix} \;+\; 2nd\;Row\;:\; \begin{bmatrix} 4 &9 &-3 \end{bmatrix} \end{align} \]

일반화

\[ A \;=\; \begin{bmatrix} \color{red}2 & \color{red}4 & \color{red}-2 &\;:\;Row_1\\ \color{red}4 & \color{red}9 & \color{red}-3 &\;:\;Row_2\\ \color{red}-2 & \color{red}-3 & \color{red}7 &\;:\;Row_3 \end{bmatrix} \]

\(\color{blue}[\;p\;q\;r\;]\;\color{white}*\;\color{red}A\;\color{white}=\;\color{red}Row_1\;\color{white}*\;\color{blue}p\;\color{white}+\;\color{red}Row_2\;\color{white}*\;\color{blue}q\;\color{white}+\;\color{red}Row_3\;\color{white}*\;\color{blue}r\)

연립방정식의 \(\mathbb {Case\;2}\;=\;(-2)\;*\;\mathbb {Case\;1}\;+\;\mathbb{Case\;2}\) 를 행렬로 표현 한다면

\[ \begin{bmatrix} -2 &1 & 0 \\ \end{bmatrix} \;*\; A \;=\; \begin{bmatrix} 0 &1 & 1 \\ \end{bmatrix} \]
\[ \begin{align} \begin{bmatrix} 2 & 4 & -2 \\ 4 & 9 & -3 \\ -2 & -3 & 7 \end{bmatrix} A = \quad \begin{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 0 &0 \end{bmatrix} \\ \begin{bmatrix} -2 & 1 &0 \end{bmatrix} \\ \begin{bmatrix} 0 & 0 &1 \end{bmatrix} \end{bmatrix} A \quad = \quad \begin{bmatrix} A:\quad Row _1 \\ -2(A:\quad Row_1)+ (A:\quad Row_2) \\ A:\quad Row_3 \end{bmatrix} \end{align} \]

결론

\[ \begin{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 0 &0 \end{bmatrix} \\ \begin{bmatrix} \color{blue}-2 & 1 &0 \end{bmatrix} \\ \begin{bmatrix} 0 & 0 &1 \end{bmatrix} \end{bmatrix} A \quad \leftrightarrows \quad \mathbb{Case\;2}\;=\;(\color{blue}-2\color{white})\;*\;\mathbb {Case\;1}\;+\;\mathbb{Case\;2} \]

Multiplier \(\mathbb {Case\;2}\;=\;(\color{blue}-2\color{white})\;*\;\mathbb {Case\;1}\;+\;\mathbb{Case\;2}\)

즉 A 행렬에서 U 로 변환하기 위해

\(A\;\Rightarrow\;B\;\Rightarrow\;C\;\Rightarrow\;\cdots\;\Rightarrow\;U\)

\[ \begin{aligned} \begin{bmatrix} 1 & 0 &0 \end{bmatrix} \\ \begin{bmatrix} \color{blue}-2 & 1 &0 \end{bmatrix} \\ \begin{bmatrix} 0 & 0 &1 \end{bmatrix} \\ \hline \\ =\;E\;(Elementary\;Matrix) \end{aligned} \]

\(A\;\Rightarrow\;AE\;\Rightarrow\;E^{\;`}(AE)\;\Rightarrow\;\cdots\;\Rightarrow\;U\)

위와 같이 E 를 A 에 계속 곱하여 U 와 같은 형태를 만들어 낸다.

요약

\(A\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b\) \(\quad\quad\Rightarrow\) \(U\overrightarrow x\;=\;\overrightarrow b^{\;`}\)

\(U\) : 는 Upper Triangular 형태 형태를 변환 (\(\mathbb {Case\;2}\;=\;( \color{blue}-2\color{white})\;*\;\mathbb {Case\;1}\;+\;\mathbb{Case\;2}\;\leftrightarrows\;\color{blue}E\color{white}A\) ) 하고 나면

Pivot : U 의 대각 성분 중 '0' 이 아닌 것들 Pivot 을 구할 수 있으며 개수에 따라 해가 결정된다.

\[ \begin{aligned} &U\;:\;n\;\mathbb x\;n\quad Matrix\;일때 \\ \\ &\begin{cases} \color{yellow}Non-Singular \\ \color{yellow} Pivot\;\color{white}=\;n\quad&\Rightarrow\; 해가\;유일하다 \\ \\ \color{yellow}Singular\\ \color{yellow} Pivot\;\color{white}<\;n\quad&\Rightarrow\; 해가\;무한하다 \\ &\Rightarrow\; 해가\;없다. \end{cases} \end{aligned} \]