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納尼!用函數(shù)解方程的原理原來是這樣的。

 劉卓學(xué)EXCEL 2021-04-02

你好,我是劉卓。歡迎來到我的公號(hào),excel函數(shù)解析。上學(xué)的時(shí)候,我們都解過二元或三元一次方程組。今天就來分享下用函數(shù)解多元一次方程組的方法和原理,會(huì)用到矩陣的一些知識(shí)。

用函數(shù)解方程組的方法,我也是在書上看到的,但不能理解它的原理。為了搞明白到底是什么原理,我花了10多天去學(xué)習(xí)矩陣的知識(shí)。雖然學(xué)的迷迷糊糊,但對(duì)于解方程的原理還是有一些認(rèn)識(shí)的,所以今天就來分享下。

下面來看一個(gè)經(jīng)典的案列,就是雞兔同籠問題。

把若干只雞兔關(guān)在同一個(gè)籠子中,頭共有13個(gè),腳共有42只。問雞兔各幾只?假設(shè)雞有X只,兔有Y只,就可以得到下圖的二元一次方程組。手工對(duì)其求解,得到X=5,Y=8。

如何用函數(shù)來求解呢?如下圖所示,選中D5:D6,輸入公式=MMULT(MINVERSE(C10:D11),E10:E11),按三鍵完成。

其中C10:D11是二元一次方程組的系數(shù)矩陣,第1個(gè)方程X、Y的系數(shù)分別是1、1,第2個(gè)方程X、Y的系數(shù)分別是2、4。E10:E11是方程組的常數(shù)矩陣,也就是方程組等號(hào)右邊的結(jié)果。E8:E9是未知數(shù)矩陣,也就是X、Y。

將系數(shù)矩陣記作A,未知數(shù)矩陣記作B,常數(shù)矩陣記作C,并將其擺放成上圖的形式。有沒有發(fā)現(xiàn)是mmult的擺放形式?
如果mmult(A,B)=C會(huì)得到什么?是不是就得到了兩個(gè)方程X+Y=132X+4Y=42,正好就是我們的二元一次方程組。
其實(shí)多元一次方程組可以用矩陣的乘法來表示。所以上面的二元一次方程組可以表示為AB=C。注意這里A、B、C都是矩陣,對(duì)應(yīng)的區(qū)域分別是C10:D11、E8:E9、E10:E11。也就是矩陣A乘以矩陣B等于矩陣C。
矩陣A和C都知道了,求矩陣B是不是就很容易了?答案是B=C/A嗎?

如果A、B、C都是數(shù)字,由AB=C當(dāng)然可以推出B=C/A,甚至還可以推出下面的等式,除以一個(gè)數(shù)等于乘以它的倒數(shù)。

但是矩陣沒有除法,只能通過乘法的形式來模擬除法,就像數(shù)字間乘以倒數(shù)來表示除法一樣。在數(shù)字中叫倒數(shù),但是矩陣中叫逆或逆矩陣。比如A的逆矩陣用A的-1次方表示,還是一個(gè)矩陣。

通過下圖可以推導(dǎo)出矩陣B等于矩陣A的逆矩陣乘以矩陣C。還是兩個(gè)矩陣的乘法。

我們知道m(xù)mult是矩陣乘積函數(shù),也就是兩個(gè)矩陣相乘,得到一個(gè)新的矩陣。而minverse是求逆矩陣的函數(shù),返回一個(gè)矩陣的逆矩陣。

所以B=mmult(minverse(A),C)。把A和C換成對(duì)應(yīng)的區(qū)域,就是B=MMULT(MINVERSE(C10:D11),E10:E11)

下面來練習(xí)一個(gè)三元一次方程組。方法是一樣的,先把系數(shù)矩陣、未知數(shù)矩陣和常數(shù)矩陣像下圖一樣擺好。然后用矩陣乘法和逆矩陣來求解未知數(shù)矩陣。
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