La regola di Cramer risolve un sistema quadrato di equazioni lineari usando i determinanti. Si sostituisce una colonna alla volta, si calcola un determinante e si divide per il determinante della matrice dei coefficienti originale. Funziona solo quando det⁡(A)≠0\det(A) \ne 0.

Se il sistema è scritto come

Ax=bAx = b

e AA è quadrata con det⁡(A)≠0\det(A) \ne 0, allora il sistema ha un'unica soluzione e la regola di Cramer permette di trovare direttamente ogni variabile.

Formula della regola di Cramer

Per la variabile xix_i, la regola è

xi=det⁡(Ai)det⁡(A)x_i = \frac{\det(A_i)}{\det(A)}

dove AiA_i è la matrice ottenuta sostituendo la colonna ii-esima di AA con i termini noti di bb.

La condizione è importante. Se det⁡(A)=0\det(A) = 0, il denominatore è zero, quindi la regola di Cramer non fornisce una soluzione unica.

Quando puoi usare la regola di Cramer

Usala solo quando tutte queste condizioni sono vere:

  1. Il sistema ha lo stesso numero di equazioni e incognite.
  2. La matrice dei coefficienti è quadrata.
  3. Il determinante della matrice dei coefficienti è diverso da zero.

Se anche una sola condizione non è soddisfatta, fermati lì. Per esempio, un determinante nullo significa che il sistema può non avere soluzioni oppure averne infinite, quindi la regola di Cramer non è lo strumento giusto per trovare una soluzione unica.

Risolvi un sistema 2×22 \times 2 passo dopo passo

Risolvi

{2x+y=5x−y=1\begin{cases} 2x + y = 5 \\ x - y = 1 \end{cases}

Per prima cosa individua la matrice dei coefficienti e la colonna dei termini noti:

A=[211−1],b=[51]A = \begin{bmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix}, \qquad b = \begin{bmatrix} 5 \\ 1 \end{bmatrix}

Calcola il determinante di AA:

det⁡(A)=∣211−1∣=2(−1)−1(1)=−3\det(A) = \begin{vmatrix} 2 & 1 \\ 1 & -1 \end{vmatrix} = 2(-1) - 1(1) = -3

Poiché det⁡(A)=−3≠0\det(A) = -3 \ne 0, il sistema ha un'unica soluzione, quindi la regola di Cramer si può applicare.

Trova xx

Sostituisci la prima colonna di AA con bb:

Ax=[511−1]A_x = \begin{bmatrix} 5 & 1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix}

Poi

det⁡(Ax)=∣511−1∣=5(−1)−1(1)=−6\det(A_x) = \begin{vmatrix} 5 & 1 \\ 1 & -1 \end{vmatrix} = 5(-1) - 1(1) = -6

Ora dividi per il determinante originale:

x=det⁡(Ax)det⁡(A)=−6−3=2x = \frac{\det(A_x)}{\det(A)} = \frac{-6}{-3} = 2

Trova yy

Sostituisci la seconda colonna di AA con bb:

Ay=[2511]A_y = \begin{bmatrix} 2 & 5 \\ 1 & 1 \end{bmatrix}

Poi

det⁡(Ay)=∣2511∣=2(1)−5(1)=−3\det(A_y) = \begin{vmatrix} 2 & 5 \\ 1 & 1 \end{vmatrix} = 2(1) - 5(1) = -3

Di nuovo, dividi per det⁡(A)\det(A):

y=det⁡(Ay)det⁡(A)=−3−3=1y = \frac{\det(A_y)}{\det(A)} = \frac{-3}{-3} = 1

Quindi la soluzione è

(x,y)=(2,1)(x,y) = (2,1)

Questo è lo schema completo: un determinante per la matrice originale, poi un altro determinante per ciascuna variabile.

Perché la regola di Cramer è importante

La regola di Cramer di solito non è il metodo più veloce per un sistema grande. Si studia perché collega in modo chiaro tre idee:

  • risoluzione di sistemi lineari
  • determinanti
  • condizione per avere una soluzione unica

Se det⁡(A)≠0\det(A) \ne 0, il sistema ha un'unica soluzione. Se det⁡(A)=0\det(A) = 0, qualcosa si rompe: può non esserci alcuna soluzione oppure possono essercene infinite.

Errori comuni con la regola di Cramer

Usarla quando det⁡(A)=0\det(A) = 0

Questo è il controllo principale. La regola di Cramer si basa sulla divisione per det⁡(A)\det(A), quindi un determinante nullo significa che il metodo non si applica per ottenere una soluzione unica.

Sostituire la colonna sbagliata

Per risolvere rispetto a xx, sostituisci la colonna di xx. Per risolvere rispetto a yy, sostituisci la colonna di yy. La colonna dei termini noti non si aggiunge: sostituisce una colonna alla volta.

Considerarla il metodo migliore per ogni sistema

Per sistemi più grandi, la riduzione di righe o i metodi numerici sono di solito più pratici. La regola di Cramer è soprattutto utile per sistemi piccoli e per capire il ruolo dei determinanti.

Quando si usa la regola di Cramer

Di solito incontrerai la regola di Cramer nei corsi di algebra e algebra lineare quando l'obiettivo è capire il metodo più che la velocità. È particolarmente utile quando vuoi mostrare come ogni variabile dipenda dai coefficienti e dai termini noti.

In pratica, è più comoda per i sistemi 2×22 \times 2 e talvolta per i sistemi 3×33 \times 3. Oltre questi casi, il lavoro sui determinanti cresce rapidamente, quindi smette di essere il metodo predefinito.

Prova un esercizio simile

Prova a risolvere

{3x+2y=8x−y=0\begin{cases} 3x + 2y = 8 \\ x - y = 0 \end{cases}

Per prima cosa calcola det⁡(A)\det(A). Se è diverso da zero, sostituisci una colonna alla volta e trova xx e yy. Dopo aver finito a mano, confronta l'impostazione con un risolutore di matrici per verificare sia i determinanti sia la risposta finale.

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