Xem mã nguồn của Hệ phương trình tuyến tính

[[Tập tin:Secretsharing-3-point.png|thumb|phải|Một hệ phương trình tuyến tính ba ẩn có thể được xem là tập hợp các mặt phẳng giao nhau. Giao điểm là nghiệm của hệ.]]
Trong [[toán học]] (cụ thể là trong [[đại số tuyến tính]]), một '''hệ phương trình đại số tuyến tính''' hay đơn giản là hệ phương trình tuyến tính là một tập hợp các [[phương trình tuyến tính]] với cùng những [[biến số]]. Ví dụ:

:<math>\begin{alignat}{7}
3x &&\; + \;&& 2y             &&\; - \;&& z  &&\; = \;&& 1 & \\
2x &&\; - \;&& 2y             &&\; + \;&& 4z &&\; = \;&& -2 & \\
-x &&\; + \;&& \tfrac{1}{2} y &&\; - \;&& z  &&\; = \;&& 0 &
\end{alignat}</math>
là hệ gồm ba phương trình với ba biến số <math>x</math>, <math>y</math>, <math>z</math>. Một '''nghiệm''' của hệ là một hệ thống tuyến tính thỏa mãn các phương trình đã cho. Một nghiệm của hệ trên là 
:<math>\begin{alignat}{2}
x & = & 1 \\
y & = & -2 \\
z & = & -2
\end{alignat}</math>
nó làm cho ba phương trình ban đầu thỏa mãn.

== Ví dụ cơ bản ==
Một dạng phương trình tuyến tính đơn giản nhất là hệ gồm hai phương trình với hai ẩn:
:<math>\begin{alignat}{5}
2x &&\; + \;&& 3y &&\; = \;&& 6 & \\
4x &&\; + \;&& 9y &&\; = \;&& 15&.
\end{alignat}</math>
Một phương pháp giải cho hệ trên là phương pháp thế. Trước hết, biến đổi phương trình đầu tiên để được phương trình tính ẩn <math>x</math> theo <math>y</math>:
:<math>x = 3 - \frac{3}{2}y.</math>
Sau đó thế hệ thức này vào phương trình dưới:
:<math>4\left(3 - \frac{3}{2}y \right) + 9y = 15.</math>
Ta được một phương trình bật nhất theo <math>y</math>. Giải ra, ta được <math>y = 1</math>, và tính lại <math>x</math> được <math>x = 3/2</math>.

== Hình thức tổng quát ==
<!--Cần ai đó sửa lại cú pháp cho phần này. Cảm ơn
Hình thức tổng quát của '''hệ phương trình đại số tuyến tính''' gồm ''n'' [[phương trình tuyến tính]] với ''k'' [[biến số]]:
:<math>\left\{\begin{matrix} 
a_{1,1}x_1±a_{1,2}x_2±...±a_{1,k}x_k = b_1 \\ 
a_{2,1}x_1±a_{2,2}x_2±...±a_{2,k}x_k = b_2 \\ 
\vdots \\
a_{n,1}x_{1}±a_{n,2}x_{2}±...±a_{n,k}x_k = b_n
\end{matrix}\right.</math>
-->

Hệ phương trình trên có thể được viết theo dạng [[phương trình ma trận]]:
:'''Ax'''='''b'''
Với '''A''' là [[ma trận (toán học)|ma trận]] chứa các hệ số ''a''<sub>i, j</sub> (''a''<sub>i, j</sub> là phần tử ở hàng thứ i, cột thứ j của '''A'''); '''x''' là [[vectơ|vector]] chứa các biến ''x''<sub>j</sub>; '''b''' là [[vectơ|vector]] chứa các hằng số ''b''<sub>i</sub>. Tức là:
: <math>
\begin{bmatrix}
a_{1,1} & a_{1,2} & \cdots & a_{1,k} \\
a_{2,1} & a_{2,2} & \cdots & a_{2,k} \\
\vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\
a_{n,1} & a_{n,2} & \cdots & a_{n,k} \end{bmatrix}

\begin{bmatrix}
x_1 \\
x_2 \\
\vdots \\
x_k
\end{bmatrix} 
=
\begin{bmatrix}
b_1 \\
b_2 \\
\vdots \\
b_n
\end{bmatrix}
</math>

Nếu các [[biến số]] của hệ phương trình tuyến tính nằm trong các [[trường (đại số)|trường đại số]] [[vô tận|vô hạn]] (ví dụ [[số thực]] hay [[số phức]]), thì chỉ có ba trường hợp xảy ra:
* hệ không có nghiệm (vô nghiệm)
* hệ có duy nhất một nghiệm
* hệ có vô số nghiệm

Hệ phương trình tuyến tính có thể thấy trong nhiều ứng dụng trong [[khoa học]].

== Điều kiện có nghiệm trong trường hợp tổng quát ==
Trong trường hợp tổng quát, ta xét các ma trận hệ số ''A'' và ma trận hệ số bổ sung thêm cột các số hạng ở vế phải ''A' ''.
: <math>
A=\begin{bmatrix}
a_{1,1} & a_{1,2} & \cdots & a_{1,k} \\
a_{2,1} & a_{2,2} & \cdots & a_{2,k} \\
\cdot & \cdot & \cdots & \cdot \\
a_{n,1} & a_{n,2} & \cdots & a_{n,k} \end{bmatrix} 
</math>;  <math>A'=\begin{bmatrix}
a_{1,1} & a_{1,2} & \cdots & a_{1,k} &b_1 \\
a_{2,1} & a_{2,2} & \cdots & a_{2,k}&b_2 \\
\cdot & \cdot & \cdot & \cdot & \cdot\\
a_{n,1} & a_{n,2} & \cdots & a_{n,k}&b_n \end{bmatrix} 
</math>

Khi đó hệ có nghiệm khi và chỉ khi hạng của hai ma trận này bằng nhau.
::<math>rank(A)=rank(A')=r</math>.

Chi tiết hơn ta có:
# Nếu <math>r=ran(A)<ran(A')</math> thì hệ vô nghiệm
# Nếu <math>ran(A)=ran(A')=r</math> hệ có nghiệm và
## Nếu <math>rank(A)=rank(A')=r=k </math> hệ có nghiệm duy nhất
## Nếu <math>rank(A)=rank(A')=r<k </math> hệ có vô số nghiệm phụ thuộc vào ''k''-''r'' ẩn tự do.

(không xảy ra trường hợp <math>r=rank(A)>rank(A')</math> hay <math>r=rank(A)>n</math>)

* Ví dụ:
** Hệ 
::<math>\left\{\begin{matrix} 
x&+&y&=&2\\ 
x&-&y&=&0\\x&-&3y&=&-2\\ 
\end{matrix}\right.</math> có nghiệm duy nhất <math>\left\{\begin{matrix} x&=&1\\y&=&1\\\end{matrix}\right.</math>;

** Hệ
::<math>\left\{\begin{matrix} 
x&+&y&+&2z&=&3\\\;&\;&y&-&z&=&5\\\end{matrix}\right.</math>
::có vô số nghiệm phụ thuộc một ẩn tự do ''z'':
::<math>\left\{\begin{matrix} 
x&=&-2&-&3z\\ 
y&=&5&+&z\\ 
z&\in &\mathbb R \\ 
\end{matrix}\right.</math>
** Hệ
::<math>\left\{\begin{matrix} 
x&+&y&=&2\\ 
x&-&y&=&0\\x&-&3y&=&3\\ 
\end{matrix}\right.</math> 
::vô nghiệm.

== Các trường hợp đặc biệt ==
* Nếu ''k'' bằng ''n'', và [[ma trận (toán học)|ma trận]] '''A''' là [[ma trận khả nghịch|khả nghịch]] (hay [[định thức]] của ma trận ''A'' khác không) thì hệ có nghiệm duy nhất:
:'''x''' = '''A'''<sup>−1</sup> '''b'''
:với '''A'''<sup>−1</sup> là [[ma trận khả nghịch|ma trận nghịch đảo]] của '''A'''.
* Nếu '''b'''='''0''' (mọi ''b''<sub>i</sub> bằng 0), hệ được gọi là hệ ''thuần nhất''. Tập tất cả các nghiệm của một hệ phương trình thuần nhất lập thành một không gian vecter con của <math>\mathbb R^n</math>, nó được gọi là [[biến đổi tuyến tính|hạt nhân]] của ma trận '''A''', viết là ''Ker(A)''.(Cũng là hạt nhân của phép biến đổi tuyến tính xác định bởi ma trận ''A''). Nếu hệ phương trình tuyến tính thuần nhất có ''k''=''n'' và ma trận ''A'' khả nghịch thì nó có nghiệm duy nhất là nghiệm không.

== Các phương pháp giải ==
Dưới đây liệt kê vài phương pháp tìm nghiệm của hệ phương trình tuyến tính:
* [[Phép khử Gauss]]
* [[Phép phân rã Cholesky]]
* [[Phép đệ quy Levinson]] 
* [[Phép đệ quy Schur]]
* [[Phép phân rã giá trị dị thường]]

== Xem thêm ==
* [[Phương trình tuyến tính]]
* [[Hệ phương trình]]
* [[Phương trình ma trận]]
* [[Ma trận khả nghịch|Ma trận nghịch đảo]]

==Tham khảo==
{{tham khảo}}
== Liên kết ngoài ==
* {{in lang|en}} [http://www.idomaths.com/simeq.php Simultaneous Linear Equations Solver]

{{Đại số tuyến tính}}
{{Toán học}}
{{authority control}}

[[Thể loại:Đại số tuyến tính]]
[[Thể loại:Phương trình]]