1. Classificació d'un sistema d'equacions: Teorema de Rouché-Frobenius

Donem un criteri per classificar un sistema d'equacions lineals.

Donat un sistema d'equacions lineals, sigui

    M la matriu associada al sistema

    M' la matriu ampliada

Donem un criteri per classificar un sistema d'equacions lineals.

Teorema de Rouché-Frobenius:

envoltori caixa per Si negreta espai bold italic r bold italic a bold italic n bold italic g negreta espai negreta M negreta espai negreta no igual negreta espai bold italic r bold italic a bold italic n bold italic g negreta espai negreta M negreta apòstrof espai fletxa doble dreta espai sistema negreta espai negreta incompatible
per Si espai bold italic r bold italic a bold italic n bold italic g negreta espai negreta M negreta espai negreta igual bold italic r bold italic a bold italic n bold italic g negreta espai negreta M negreta apòstrof igual normal r espai espai fletxa doble dreta obre claus taula atributs alineació columna left fin atributs fila cel·la Si negreta espai negreta r negreta igual negreta nombre negreta espai negreta d negreta apòstrof negreta incògnites espai espai fletxa doble dreta espai negreta compatible negreta espai negreta determinat espai fi cel·la fila cel·la Si espai negreta r negreta menor que negreta nombre negreta espai negreta d negreta apòstrof negreta incògnites espai espai fletxa doble dreta espai negreta compatible negreta espai negreta indeterminat fi cel·la fi taula tanca fi envoltori
 Exemples:   

Exemple espai 1

Classifiqueu el sistema: 

obre taula fila cel·la x menys 2 y més 3 z igual 3 fi cel·la fila cel·la 2 x més y menys z igual 1 fi cel·la fila cel·la menys x menys 3 y més 4 z igual menys 1 fi cel·la fi taula tanca claus

Esglaonem la matriu ampliada per tal de calcular els rangs de la matriu associada i de l'ampliada: 

 obre parèntesis envoltori per la dreta taula fila 1 cel·la menys 2 fi cel·la 3 fila 2 1 cel·la menys 1 fi cel·la fila cel·la menys 1 fi cel·la cel·la menys 3 fi cel·la 4 fi taula fi envoltori taula fila 3 fila 1 fila cel·la menys 1 fi cel·la fi taula tanca parèntesis fletxa dreta espai espai taula fila blank fila cel·la menys negreta 2 f subíndex 1 més f subíndex 2 espai fi subíndex fi cel·la fila cel·la negreta espai negreta espai negreta espai f subíndex 1 més f subíndex 3 fi cel·la fi taula espai obre parèntesis envoltori per la dreta taula fila 1 cel·la menys 2 fi cel·la 3 fila 0 5 cel·la menys 7 fi cel·la fila 0 cel·la menys 5 fi cel·la 7 fi taula fi envoltori taula fila 3 fila cel·la menys 5 fi cel·la fila 2 fi taula tanca parèntesis espai espai espai espai fletxa dreta espai espai espai espai taula fila blank fila blank fila cel·la f subíndex 2 més f subíndex 3 fi cel·la fi taula espai espai obre parèntesis envoltori per la dreta taula fila 1 cel·la menys 2 fi cel·la 3 fila 0 5 cel·la menys 7 fi cel·la fila 0 0 0 fi taula fi envoltori taula fila 3 fila cel·la menys 5 fi cel·la fila cel·la menys 3 fi cel·la fi taula tanca parèntesis espai

Recordem que el rang d'una matriu, un cop esglaonada, és el nombre de files no nul·les:

   obre taula atributs alineació columna right fin atributs fila cel·la rang espai normal M igual 2 espai fi cel·la fila cel·la rang espai normal M apòstrof igual 3 fi cel·la fi taula tanca claus espai fletxa doble dreta espai negreta espai negreta Sistema negreta espai negreta incompatible espai

Exemple espai 2

Classifiqueu el sistema: 

obre taula fila cel·la x menys 2 y més 3 z igual 3 fi cel·la fila cel·la 2 x més y menys z igual 1 fi cel·la fila cel·la menys x menys 3 y més 4 z igual 2 fi cel·la fi taula tanca claus

Esglaonem la matriu ampliada per tal de calcular els rangs de la matriu associada i de l'ampliada: 

 obre parèntesis envoltori per la dreta taula fila 1 cel·la menys 2 fi cel·la 3 fila 2 1 cel·la menys 1 fi cel·la fila cel·la menys 1 fi cel·la cel·la menys 3 fi cel·la 4 fi taula fi envoltori taula fila 3 fila 1 fila 2 fi taula tanca parèntesis fletxa dreta espai espai taula fila blank fila cel·la menys negreta 2 f subíndex 1 més f subíndex 2 espai fi subíndex fi cel·la fila cel·la negreta espai negreta espai negreta espai f subíndex 1 més f subíndex 3 fi cel·la fi taula espai obre parèntesis envoltori per la dreta taula fila 1 cel·la menys 2 fi cel·la 3 fila 0 5 cel·la menys 7 fi cel·la fila 0 cel·la menys 5 fi cel·la 7 fi taula fi envoltori taula fila 3 fila cel·la menys 5 fi cel·la fila 5 fi taula tanca parèntesis espai espai espai espai fletxa dreta espai espai espai espai taula fila blank fila blank fila cel·la f subíndex 2 més f subíndex 3 fi cel·la fi taula espai espai obre parèntesis envoltori per la dreta taula fila 1 cel·la menys 2 fi cel·la 3 fila 0 5 cel·la menys 7 fi cel·la fila 0 0 0 fi taula fi envoltori taula fila 3 fila cel·la menys 5 fi cel·la fila 0 fi taula tanca parèntesis espai

Recordem que el rang d'una matriu, un cop esglaonada, és el nombre de files no nul·les:

   obre taula atributs alineació columna right fin atributs fila cel·la rang espai normal M igual 2 espai fi cel·la fila cel·la rang espai normal M apòstrof igual 2 fi cel·la fi taula tanca claus espai fletxa doble dreta espai negreta espai Sistema espai compatible


     i el nombre de incógnites, x, y, z és 3  

   Per tant: 

     rango 2 < 3 nombre incógnites      Sistema compatible indeterminat