克莱姆法则 Cramer`s Rule

  • 1.什么是Cramer`s Rule
  • 2.Cramer`s Rule的具体内容
  • 3.Cramer`s Rule的计算效率
  • 4.由伴随矩阵引出Cramer`s Rule
  • 5.Cramer`s Rule的价值
  • 引用:

1.什么是Cramer`s Rule

下面引用百度百科和维基百科的介绍

百度百科:
克莱姆法则,又译克拉默法则(Cramer’s Rule)是线性代数中一个关于求解线性方程组的定理。它适用于变量和方程数目相等的线性方程组,是瑞士数学家克莱姆(1704-1752)于1750年,在他的《线性代数分析导言》中发表的。其实莱布尼兹〔1693〕,以及马克劳林〔1748〕亦知道这个法则,但他们的记法不如克莱姆。
对于多于两个或三个方程的系统,克莱姆的规则在计算上非常低效;与具有多项式时间复杂度的消除方法相比,其渐近的复杂度为O(n·n!)。即使对于2×2系统,克拉默的规则在数值上也是不稳定的

维基百科:
克莱姆法则(英语:Cramer’s rule),又称为克莱姆公式,是一个线性代数中的定理,用行列式来计算出线性等式组中的所有解。这个定理因加百列·克莱姆(1704年 - 1752年)的卓越使用而命名。在计算上,并非最有效率之法,因而在很多条等式的情况中没有广泛应用。不过,这一定理在理论性方面十分有效

上面的介绍,说了几个重点:

  1. 是线性代数中的一个定理,关于求解线性方程组的,用行列式来计算出线性等式组中的所有解,适用于变量和方程数目相等的线性方程组。
  2. 在计算上,并非最有效率之法;相较于消除法(高斯消元法),具有更高的复杂度。
  3. 但是这一定理在理论性方面十分有效 。

这是对克莱姆法则的总体评价。

2.Cramer`s Rule的具体内容

n元非齐次线性方程组中:
{a11x1+a12x2+⋯+a1nxn=b1a21x1+a22x2+⋯+a2nxn=b2⋮⋯⋮⋯⋮⋯⋮⋯⋮an1x1+an2x2+⋯+annxn=bn\left\{\begin{matrix} 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 \;\;\cdots\;\;\vdots\;\;\;\cdots\;\;\vdots\;\cdots\;\vdots\;\;\cdots\;\;\;\vdots & & & & \\ a_{n1}x_{1}+a_{n2}x_{2}+\cdots +a_{nn}x_{n}=b_{n} & & & & \\ \end{matrix}\right. ⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧​a11​x1​+a12​x2​+⋯+a1n​xn​=b1​a21​x1​+a22​x2​+⋯+a2n​xn​=b2​⋮⋯⋮⋯⋮⋯⋮⋯⋮an1​x1​+an2​x2​+⋯+ann​xn​=bn​​​​​​
系数构成的行列式称为该方程组的系数行列式D,即
D=∣a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann∣D=\begin{vmatrix} a_{11}\; \;a_{12}\; \; \cdots\; \;a_{1n} \\a_{21}\; \;a_{22}\; \; \cdots\; \;a_{2n} \\\vdots\;\;\;\;\vdots\;\;\;\;\ddots\;\;\;\;\vdots \\a_{n1}\; \;a_{n2}\; \; \cdots\; \;a_{nn} \end{vmatrix} D=∣∣∣∣∣∣∣∣∣​a11​a12​⋯a1n​a21​a22​⋯a2n​⋮⋮⋱⋮an1​an2​⋯ann​​∣∣∣∣∣∣∣∣∣​
若线性方程组的系数矩阵可逆(非奇异),即系数行列式 D≠0,则线性方程组有唯一解,其解为
xj=DjD(j=1,2,⋯,n)x_{j}=\frac{D_{j}}{D\;\;} (j=1,2,\cdots,n)xj​=DDj​​(j=1,2,⋯,n)
其中DjD{j}Dj是把D中第j列元素对应地换成常数项而其余各列保持不变所得到的行列式。如:
D1=∣b1a12⋯a1nb2a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮bnan2⋯ann∣,D2=∣a11b1⋯a1na21b2⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1bn⋯ann∣,⋯D_{1}=\begin{vmatrix} b_{1}\; \;a_{12}\; \; \cdots\; \;a_{1n} \\b_{2}\; \;a_{22}\; \; \cdots\; \;a_{2n} \\\vdots\;\;\;\;\vdots\;\;\;\;\ddots\;\;\;\;\vdots \\b_{n}\; \;a_{n2}\; \; \cdots\; \;a_{nn} \end{vmatrix} , D_{2}=\begin{vmatrix} a_{11}\; \;b_{1}\; \; \cdots\; \;a_{1n} \\a_{21}\; \;b_{2}\; \; \cdots\; \;a_{2n} \\\vdots\;\;\;\;\vdots\;\;\;\;\ddots\;\;\;\;\vdots \\a_{n1}\; \;b_{n}\; \; \cdots\; \;a_{nn} \end{vmatrix} ,\cdots D1​=∣∣∣∣∣∣∣∣∣​b1​a12​⋯a1n​b2​a22​⋯a2n​⋮⋮⋱⋮bn​an2​⋯ann​​∣∣∣∣∣∣∣∣∣​,D2​=∣∣∣∣∣∣∣∣∣​a11​b1​⋯a1n​a21​b2​⋯a2n​⋮⋮⋱⋮an1​bn​⋯ann​​∣∣∣∣∣∣∣∣∣​,⋯

以上就是克莱姆法则的内容,使用时有如下前提:

  1. n元非齐次线性方程组

    • n元:未知数x的个数为n, 方程的个数为n
    • 非齐次: b1,b2,⋯,bnb_{1},b_{2},\cdots,b_{n}b1​,b2​,⋯,bn​不全为0
    • 线性:x的最高次幂为1,即多元一次
  2. 系数行列式D≠0D≠0D​=0,保证方程解的唯一性

方程的个数和未知数个数不相等的话,系数无法构成行列式DDD

方程组的等式右边的b值全部为0,则行列式Di(i=1,2,...,n)D_{i}(i=1,2,...,n)Di​(i=1,2,...,n)都为0

D=0D=0D=0,则xj=DjDx_{j}=\frac{D_{j}}{D\;\;}xj​=DDj​​没有意义

可见,克莱姆法则在使用上有很多的限制。

3.Cramer`s Rule的计算效率

n元非齐次方程组,需要计算的行列式有:

  • 系数行列式DDD
  • 行列式Di(i=1,2,...,n)D_{i}(i=1,2,...,n)Di​(i=1,2,...,n)

即n+1个行列式,其渐近的复杂度为O(n·n!)

相较于高斯消元法,克莱姆法则是低效的,实际应用不广泛。

4.由伴随矩阵引出Cramer`s Rule

n元线性方程组可以表示为:
Ax=b\mathbf{Ax} = \mathbf{b}Ax=b
A\mathbf{A}A为方程组的系数矩阵,b\mathbf{b}b为向量(b1,b2,⋯,bn)T(b_{1},b_{2},\cdots,b_{n})^{T}(b1​,b2​,⋯,bn​)T,若D≠0D≠0D​=0,则A\mathbf{A}A可逆,由矩阵性质可得,
A−1Ax=A−1b⇒x=A−1b\mathbf{A^{-1}}\mathbf{Ax} = \mathbf{A^{-1}}\mathbf{b}\;\;\Rightarrow\;\;\mathbf{x} = \mathbf{A^{-1}}\mathbf{b}A−1Ax=A−1b⇒x=A−1b

则接下来的关键,就是要求出A−1\mathbf{A}^{-1}A−1,有两种方法:

  1. 初等变换法

  2. 伴随矩阵法

初等变换法,借助消除法(高斯消元法),简单高效

伴随矩阵法,计算起来比较复杂,但是可以借此引出克莱姆法则。

设A\mathbf{A}A为n阶矩阵,∣A∣|\mathbf{A}|∣A∣为矩阵A的行列式,A∗\mathbf{A}^{*}A∗为矩阵的伴随矩阵
A=[a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann],∣A∣=∣a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann∣\mathbf{A}=\begin{bmatrix} a_{11}\; \;a_{12}\; \; \cdots\; \;a_{1n} \\a_{21}\; \;a_{22}\; \; \cdots\; \;a_{2n} \\\vdots\;\;\;\;\vdots\;\;\;\;\ddots\;\;\;\;\vdots \\a_{n1}\; \;a_{n2}\; \; \cdots\; \;a_{nn} \end{bmatrix},\;\;\; |\mathbf{A}|=\begin{vmatrix} a_{11}\; \;a_{12}\; \; \cdots\; \;a_{1n} \\a_{21}\; \;a_{22}\; \; \cdots\; \;a_{2n} \\\vdots\;\;\;\;\vdots\;\;\;\;\ddots\;\;\;\;\vdots \\a_{n1}\; \;a_{n2}\; \; \cdots\; \;a_{nn} \end{vmatrix} A=⎣⎢⎢⎢⎡​a11​a12​⋯a1n​a21​a22​⋯a2n​⋮⋮⋱⋮an1​an2​⋯ann​​⎦⎥⎥⎥⎤​,∣A∣=∣∣∣∣∣∣∣∣∣​a11​a12​⋯a1n​a21​a22​⋯a2n​⋮⋮⋱⋮an1​an2​⋯ann​​∣∣∣∣∣∣∣∣∣​
A∗=∣A11A21⋯An1A12A22⋯An2⋯⋯⋯⋯⋯⋯A1nA2n⋯Ann∣\mathbf{A}^{*}=\begin{vmatrix} \mathbf{A}_{11}\;\;\mathbf{A}_{21}\;\;\cdots\;\;\mathbf{A}_{n1} \\\mathbf{A}_{12}\;\;\mathbf{A}_{22}\;\;\cdots\;\;\mathbf{A}_{n2} \\\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots \\\mathbf{A}_{1n}\;\;\mathbf{A}_{2n}\;\;\cdots\;\;\mathbf{A}_{nn} \end{vmatrix} A∗=∣∣∣∣∣∣∣∣​A11​A21​⋯An1​A12​A22​⋯An2​⋯⋯⋯⋯⋯⋯A1n​A2n​⋯Ann​​∣∣∣∣∣∣∣∣​
其中Aij(i,j∈1,2,...,n)\mathbf{A}_{ij}(i,j\in1,2,...,n)Aij​(i,j∈1,2,...,n)为∣A∣|\mathbf{A}|∣A∣的代数余子式。

由行列式的拉普拉斯展开,可得
∣A∣=ai1Ai1+ai2Ai2+⋯+ainAin|\mathbf{A}|=a_{i1}A_{i1}+a_{i2}A_{i2}+\cdots+a_{in}A_{in}∣A∣=ai1​Ai1​+ai2​Ai2​+⋯+ain​Ain​

∣A∣=a1jA1j+a2jA2j+⋯+anjAnj|\mathbf{A}|=a_{1j}A_{1j}+a_{2j}A_{2j}+\cdots+a_{nj}A_{nj}∣A∣=a1j​A1j​+a2j​A2j​+⋯+anj​Anj​
i,j∈(1,2,⋯,n)i,j\in(1,2,\cdots,n)i,j∈(1,2,⋯,n).

代数余子式在这里有一个特点,一行(或列)的子式与另一行(或列)的代数余子式的乘积之和为零。即:

ai1Aj1+ai2Aj2+⋯+ainAjn=0,(i≠j)a_{i1}A_{j1}+a_{i2}A_{j2}+\cdots+a_{in}A_{jn}=0,(i \neq j)ai1​Aj1​+ai2​Aj2​+⋯+ain​Ajn​=0,(i​=j)
a1iA1j+a2iA2j+⋯+aniAnj=0,(i≠j)a_{1i}A_{1j}+a_{2i}A_{2j}+\cdots+a_{ni}A_{nj}=0,(i \neq j)a1i​A1j​+a2i​A2j​+⋯+ani​Anj​=0,(i​=j)

故而,可推出:
AA∗=A∗A=∣∣A∣0⋯00∣A∣⋯0⋯⋯⋯⋯00⋯∣A∣∣=∣A∣I\mathbf{A}\mathbf{A^{*}}=\mathbf{A^{*}}\mathbf{A}=\begin{vmatrix} \mathbf{|A|}\;\;0\;\;\cdots\;\;0\;\; \\\;\;0\;\;\mathbf{|A|}\cdots\;\;0\;\; \\\cdots\cdots\cdots\cdots \\\;\;0\;\;\;\;0\cdots\;\;\mathbf{|A|} \end{vmatrix}=\mathbf{|A|}\:\mathbf{I} AA∗=A∗A=∣∣∣∣∣∣∣∣​∣A∣0⋯00∣A∣⋯0⋯⋯⋯⋯00⋯∣A∣​∣∣∣∣∣∣∣∣​=∣A∣I
A∗\mathbf{A^{*}}A∗巧妙的地方就在这,被构造出来的按照特定的顺序排列的代数余子式矩阵,跟矩阵A\mathbf{A}A相乘之后,居然能够得到一个标量乘以单位矩阵I\,\mathbf{ I}I,等式两边除以标量∣A∣\mathbf{|A|}∣A∣,得,
AA∗∣A∣=A∗∣A∣A=I⇒A−1=A∗∣A∣\mathbf{A}\frac{\mathbf{\;A^{*}}}{\mathbf{|A|}}=\frac{\mathbf{\;A^{*}}}{\mathbf{|A|}}\mathbf{A}=\mathbf{I}\;\;\Rightarrow \;\; \mathbf{A^{-1}}=\frac{\mathbf{\;A^{*}}}{\mathbf{|A|}} A∣A∣A∗​=∣A∣A∗​A=I⇒A−1=∣A∣A∗​

从而,
x=A−1b=A∗∣A∣b\mathbf{x} = \mathbf{A^{-1}}\:\mathbf{b}=\frac{\mathbf{\;A^{*}}}{\mathbf{|A|}}\:\mathbf{b}x=A−1b=∣A∣A∗​b

到了这一步,克莱姆法则的推导就要呼之欲出了
对于方程组来说,系数矩阵的行列式∣A∣=D\mathbf{|A|}=D∣A∣=D,那A∗b\mathbf{\;A^{*}}\:\mathbf{b}A∗b跟D1,D2,⋯,DnD_{1},D_{2},\cdots,D_{n}D1​,D2​,⋯,Dn​又有什么关系呢?
如下:

A∗=∣A11A21⋯An1A12A22⋯An2⋯⋯⋯⋯⋯⋯A1nA2n⋯Ann∣,b=[b1b2⋮bn]⇒A∗b=[b1A11+b2A21+⋯+bnAn1b1A12+b2A22+⋯+bnAn2⋯b1A1n+b2A2n+⋯+bnAnn]\mathbf{A}^{*}=\begin{vmatrix} \mathbf{A}_{11}\;\;\mathbf{A}_{21}\;\;\cdots\;\;\mathbf{A}_{n1} \\\mathbf{A}_{12}\;\;\mathbf{A}_{22}\;\;\cdots\;\;\mathbf{A}_{n2} \\\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots\cdots \\\mathbf{A}_{1n}\;\;\mathbf{A}_{2n}\;\;\cdots\;\;\mathbf{A}_{nn} \end{vmatrix}, \mathbf{b}=\begin{bmatrix} b_{1} \\b_{2} \\\vdots \\b_{n} \end{bmatrix} \Rightarrow \mathbf{A}^{*}\mathbf{b}=\begin{bmatrix} b_{1}\mathbf{A_{11}}+b_{2}\mathbf{A_{21}}+\cdots+b_{n}\mathbf{A_{n1}} \\b_{1}\mathbf{A_{12}}+b_{2}\mathbf{A_{22}}+\cdots+b_{n}\mathbf{A_{n2}} \\\cdots \\b_{1}\mathbf{A_{1n}}+b_{2}\mathbf{A_{2n}}+\cdots+b_{n}\mathbf{A_{nn}} \end{bmatrix} A∗=∣∣∣∣∣∣∣∣​A11​A21​⋯An1​A12​A22​⋯An2​⋯⋯⋯⋯⋯⋯A1n​A2n​⋯Ann​​∣∣∣∣∣∣∣∣​,b=⎣⎢⎢⎢⎡​b1​b2​⋮bn​​⎦⎥⎥⎥⎤​⇒A∗b=⎣⎢⎢⎡​b1​A11​+b2​A21​+⋯+bn​An1​b1​A12​+b2​A22​+⋯+bn​An2​⋯b1​A1n​+b2​A2n​+⋯+bn​Ann​​⎦⎥⎥⎤​
而,
b1A11+b2A21+⋯+bnAn1=∣b1a12⋯a1nb2a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮bnan2⋯ann∣=D1b_{1}\mathbf{A_{11}}+b_{2}\mathbf{A_{21}}+\cdots+b_{n}\mathbf{A_{n1}}=\begin{vmatrix} b_{1}\; \;a_{12}\; \; \cdots\; \;a_{1n} \\b_{2}\; \;a_{22}\; \; \cdots\; \;a_{2n} \\\vdots\;\;\;\;\vdots\;\;\;\;\ddots\;\;\;\;\vdots \\b_{n}\; \;a_{n2}\; \; \cdots\; \;a_{nn} \end{vmatrix}=D_{1} b1​A11​+b2​A21​+⋯+bn​An1​=∣∣∣∣∣∣∣∣∣​b1​a12​⋯a1n​b2​a22​⋯a2n​⋮⋮⋱⋮bn​an2​⋯ann​​∣∣∣∣∣∣∣∣∣​=D1​
故,
A∗b=[D1D2⋮Dn]\mathbf{A}^{*}\mathbf{b}=\begin{bmatrix} D_{1} \\D_{2} \\\vdots \\D_{n} \end{bmatrix}A∗b=⎣⎢⎢⎢⎡​D1​D2​⋮Dn​​⎦⎥⎥⎥⎤​
代入x=A∗∣A∣b\mathbf{x} =\frac{\mathbf{\;A^{*}}}{\mathbf{|A|}}\:\mathbf{b}x=∣A∣A∗​b中,得,

x=[x1x2⋮xn]=1D[D1D2⋮Dn]=A∗∣A∣b\mathbf{x} =\begin{bmatrix} x_{1} \\x_{2} \\\vdots \\x_{n} \end{bmatrix}=\frac{1}{D}\begin{bmatrix} D_{1} \\D_{2} \\\vdots \\D_{n} \end{bmatrix}=\frac{\mathbf{\;A^{*}}}{\mathbf{|A|}}\:\mathbf{b} x=⎣⎢⎢⎢⎡​x1​x2​⋮xn​​⎦⎥⎥⎥⎤​=D1​⎣⎢⎢⎢⎡​D1​D2​⋮Dn​​⎦⎥⎥⎥⎤​=∣A∣A∗​b

最后可得:
x1=D1D,x2=D2D,⋯,xn=DnDx_{1}=\frac{D_{1}}{D\;\;} ,x_{2}=\frac{D_{2}}{D\;\;},\cdots,x_{n}=\frac{D_{n}}{D\;\;}x1​=DD1​​,x2​=DD2​​,⋯,xn​=DDn​​
由此,可得到克莱姆法则的表达式

由伴随矩阵得到了逆矩阵,也由伴随矩阵推导出了克莱姆法则

5.Cramer`s Rule的价值

  • 研究了方程组的系数与方程组解的存在性与唯一性关系。
  • 与其在计算方面的作用相比,克莱姆法则更具有重大的理论价值。
  • 克莱姆法则不仅仅适用于实数域,它在任何域上面都可以成立。

克莱姆法则在解决微分几何的问题时十分有用。

先考虑两条等式F(x,y,u,v)=0F(x, y, u, v) = 0\,F(x,y,u,v)=0和G(x,y,u,v)=0G(x, y, u, v) = 0\,G(x,y,u,v)=0。其中的u和v是需要考虑的变量,并且它们互不相关。我们可定义x=X(u,v)x = X(u, v)\,x=X(u,v)和y=Y(u,v)y = Y(u, v)\,y=Y(u,v)。

找出一条等式适合∂x/∂u\partial x/\partial u∂x/∂u是克莱姆法则的简单应用。

首先,我们要计算FFF、GGG、xxx和yyy的导数:

dF=∂F∂xdx+∂F∂ydy+∂F∂udu+∂F∂vdv=0dF = \frac{\partial F}{\partial x} dx + \frac{\partial F}{\partial y} dy +\frac{\partial F}{\partial u} du +\frac{\partial F}{\partial v} dv = 0dF=∂x∂F​dx+∂y∂F​dy+∂u∂F​du+∂v∂F​dv=0
dG=∂G∂xdx+∂G∂ydy+∂G∂udu+∂G∂vdv=0dG = \frac{\partial G}{\partial x} dx + \frac{\partial G}{\partial y} dy +\frac{\partial G}{\partial u} du +\frac{\partial G}{\partial v} dv = 0dG=∂x∂G​dx+∂y∂G​dy+∂u∂G​du+∂v∂G​dv=0
dx=∂X∂udu+∂X∂vdvdx = \frac{\partial X}{\partial u} du + \frac{\partial X}{\partial v} dvdx=∂u∂X​du+∂v∂X​dv
dy=∂Y∂udu+∂Y∂vdvdy = \frac{\partial Y}{\partial u} du + \frac{\partial Y}{\partial v} dvdy=∂u∂Y​du+∂v∂Y​dv

将dxdxdx和dydydy代入dFdFdF和dGdGdG,可得出:

dF=(∂F∂x∂x∂u+∂F∂y∂y∂u+∂F∂u)du+(∂F∂x∂x∂v+∂F∂y∂y∂v+∂F∂v)dv=0dF = \left(\frac{\partial F}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial u} +\frac{\partial F}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial u} +\frac{\partial F}{\partial u} \right) du + \left(\frac{\partial F}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial v} +\frac{\partial F}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial v} +\frac{\partial F}{\partial v} \right) dv = 0dF=(∂x∂F​∂u∂x​+∂y∂F​∂u∂y​+∂u∂F​)du+(∂x∂F​∂v∂x​+∂y∂F​∂v∂y​+∂v∂F​)dv=0

dG=(∂G∂x∂x∂u+∂G∂y∂y∂u+∂G∂u)du+(∂G∂x∂x∂v+∂G∂y∂y∂v+∂G∂v)dv=0dG = \left(\frac{\partial G}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial u} +\frac{\partial G}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial u} +\frac{\partial G}{\partial u} \right) du + \left(\frac{\partial G}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial v} +\frac{\partial G}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial v} +\frac{\partial G}{\partial v} \right) dv = 0dG=(∂x∂G​∂u∂x​+∂y∂G​∂u∂y​+∂u∂G​)du+(∂x∂G​∂v∂x​+∂y∂G​∂v∂y​+∂v∂G​)dv=0
因为uuu和vvv互不相关,所以dududu和dvdvdv的系数都要等于0。所以等式中的系数可以被写成:

∂F∂x∂x∂u+∂F∂y∂y∂u=−∂F∂u\frac{\partial F}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial u} +\frac{\partial F}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial u} = -\frac{\partial F}{\partial u}∂x∂F​∂u∂x​+∂y∂F​∂u∂y​=−∂u∂F​

∂G∂x∂x∂u+∂G∂y∂y∂u=−∂G∂u\frac{\partial G}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial u} +\frac{\partial G}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial u} = -\frac{\partial G}{\partial u}∂x∂G​∂u∂x​+∂y∂G​∂u∂y​=−∂u∂G​

∂F∂x∂x∂v+∂F∂y∂y∂v=−∂F∂v\frac{\partial F}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial v} +\frac{\partial F}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial v} = -\frac{\partial F}{\partial v}∂x∂F​∂v∂x​+∂y∂F​∂v∂y​=−∂v∂F​

∂G∂x∂x∂v+∂G∂y∂y∂v=−∂G∂v\frac{\partial G}{\partial x} \frac{\partial x}{\partial v} +\frac{\partial G}{\partial y} \frac{\partial y}{\partial v} = -\frac{\partial G}{\partial v}∂x∂G​∂v∂x​+∂y∂G​∂v∂y​=−∂v∂G​

现在用克莱姆法则就可得到:

∂x∂u=∣−∂F∂u∂F∂y−∂G∂u∂G∂y∣∣∂F∂x∂F∂y∂G∂x∂G∂y∣\cfrac{\partial x}{\partial u} = \cfrac{\begin{vmatrix} -\cfrac{\partial F}{\partial u} & \cfrac{\partial F}{\partial y} \\ -\cfrac{\partial G}{\partial u} & \cfrac{\partial G}{\partial y}\end{vmatrix}}{\begin{vmatrix}\cfrac{\partial F}{\partial x} & \cfrac{\partial F}{\partial y} \\ \cfrac{\partial G}{\partial x} & \cfrac{\partial G}{\partial y}\end{vmatrix}}∂u∂x​=∣∣∣∣∣∣∣∣​∂x∂F​∂x∂G​​∂y∂F​∂y∂G​​∣∣∣∣∣∣∣∣​∣∣∣∣∣∣∣∣​−∂u∂F​−∂u∂G​​∂y∂F​∂y∂G​​∣∣∣∣∣∣∣∣​​
用两个雅可比矩阵来表示的方程:

∂x∂u=−(∂(F,G)∂(y,u))(∂(F,G)∂(x,y))\cfrac{\partial x}{\partial u} = - \cfrac{\left(\cfrac{\partial\left(F, G\right)}{\partial\left(y, u\right)}\right)}{\left(\cfrac{\partial\left(F, G\right)}{\partial\left(x, y\right)}\right)}∂u∂x​=−(∂(x,y)∂(F,G)​)(∂(y,u)∂(F,G)​)​
用类似的方法就可以找到∂x∂v\frac{\partial x}{\partial v}∂v∂x​、∂y∂u\frac{\partial y}{\partial u}∂u∂y​以及∂y∂v\frac{\partial y}{\partial v}∂v∂y​。

引用:

1.百度百科: 克莱姆法则.
2.维基百科: 克莱姆法则.

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