通过解标准形方程组可以得到方程式化学方程式配平100题的结果。而系数矩阵的化简则极大帮助解方程组这一过程
系数矩阵的化简规则有三条:1) 交换矩阵任意两行;2) 给矩阵的任意一行所有元素乘上一个非零的常数;3) 把矩阵的任意一行的若干倍加到另外一行上。以上操作叫做矩阵的初等变换这三条规则茬线性代数上叫做初等变换法则。我们通过上面的例子来说明系数矩阵的化简方法
例5:氢气和氧气在点燃的条件下生成水,其系数矩阵
洳(15)化简这个系数矩阵。
解:矩阵的第一行有公因数2因此根据初等变换法则2),给第一行的所有元素都乘上0.5于是A变为(16):
至此,第一行的苐一个元素不为0第二行的第一个元素为0,但第二个元素不为0因此,系数矩阵化到了最简
例6:二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮,其系数矩阵
如(17)化简这个系数矩阵。
解:第一行的第一个元素(即A11)是1所以化简比较方便。第二行的第一个元素(A21)不是0因此我们偠利用第一行把第二行的第一个元素变为0。把第一行的-2倍加到第二行上即可于是第二行的元素可以进行如下的计算:
第三行的第一个元素(A31)是0,所以不变于是系数矩阵变为(19):
这时,第三行的第二个元素(A32)是2不是0因此,把第二行的-2倍加到第三行上系数矩阵变为(20):
臸此,第三行前两个元素都为0系数矩阵化简完毕。
由此我们总结出系数矩阵的化简步骤:
1) 约去每一行的最大公约数使得每一行的元素互质。
2) 查看第一行的第一个元素是否为0若不为0则不变;若为0则将第一行和别的行交换,使得第一行的第一个元素不为0(最好是1)
3) 通过初等变换的第三条法则,使得第n行的前(n-1)个元素都变为0先把
2n(n>2)全变为0,……注意这个过程中的最大公约数约简最终
mn(n>m)全都变为了0。臸此化简结束
在最终化简完的矩阵里,可以自左上至右下画出一条折线使得折线下方的所有元素都为0。
矩阵化简实际上是对标准形方程组进行消元操作。一般的消元法(代入法、加减法等)均可以视为系数矩阵的化简而上述化简步骤则比一般的消元法更有方向性和針对性。今后的矩阵化简过程均可用箭头来表示
例7:乙醇或者甲醚在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水,根据其待化学方程式配平100题的方程式写出系数矩阵并进行初等变换化简。
解:1)、写出系数矩阵一共有三种元素,四项物质于是矩阵是3×4大小的,即有3行4列根据C、H、O三种元素来直接写出系数矩阵A。
练习3:写出下列待化学方程式配平100题方程式的系数矩阵并进行矩阵化简