8 розв'язання систем лінійних рівнянь методом гауса. Метод Гауса (послідовного виключення невідомих)

Нехай задана система лінійних алгебраїчних рівнянь, яку необхідно вирішити (знайти такі значення невідомих хi, що звертають кожне рівняння системи на рівність).

Ми знаємо, що система лінійних рівнянь алгебри може:

1) Не мати рішень (бути несумісний).
2) Мати безліч рішень.
3) Мати єдине рішення.

Як ми пам'ятаємо, правило Крамера і матричний метод непридатні у випадках, коли система має нескінченно багато рішень чи несовместна. Метод Гауса – найбільш потужний та універсальний інструмент для знаходження рішення будь-якої системи лінійних рівнянь , Котрий у кожному випадкуприведе нас до відповіді! Сам алгоритм методу у всіх трьох випадках працює однаково. Якщо в методах Крамера і матричному необхідні знання визначників, то для застосування методу Гауса необхідно знання лише арифметичних дій, що робить його доступним навіть для школярів початкових класів.

Перетворення розширеної матриці ( це матриця системи - матриця, складена тільки з коефіцієнтів при невідомих, плюс стовпець вільних членів)системи лінійних рівнянь алгебри в методі Гауса:

1) з трокиматриці можна, можливо переставлятимісцями.

2) якщо в матриці з'явилися (або є) пропорційні (як окремий випадок – однакові) рядки, слід вилучитиз матриці всі ці рядки крім одного.

3) якщо в матриці в ході перетворень з'явився нульовий рядок, то його слід також вилучити.

4) рядок матриці можна помножити (розділити)на будь-яке число, відмінне від нуля.

5) до рядка матриці можна додати інший рядок, помножений на число, відмінне від нуля.

У методі Гауса елементарні перетворення не змінюють розв'язання системи рівнянь.

Метод Гауса складається з двох етапів:

1. "Прямий хід" - за допомогою елементарних перетворень привести розширену матрицю системи лінійних рівнянь алгебри до "трикутного" східчастого вигляду: елементи розширеної матриці, розташовані нижче головної діагоналі, дорівнюють нулю (хід «згори донизу»). Наприклад, до такого виду:

Для цього виконаємо такі дії:

1) Нехай ми розглядаємо перше рівняння системи лінійних рівнянь алгебри і коефіцієнт при х 1 дорівнює К. Друге, третє і т.д. рівняння перетворюємо наступним чином: кожне рівняння (коефіцієнти при невідомих, включаючи вільні члени) ділимо на коефіцієнт при невідомому х 1 , що стоїть у кожному рівнянні, і множимо на К. Після цього з другого рівняння (коефіцієнти при невідомих і вільні члени) віднімають Отримуємо при х 1 у другому рівнянні коефіцієнт 0. З третього перетвореного рівняння віднімаємо перше рівняння, так до тих пір, поки всі рівняння, крім першого, при невідомому х 1 не матимуть коефіцієнт 0.

2) Переходимо до наступного рівняння. Нехай це буде друге рівняння та коефіцієнт при х 2 дорівнює М. З усіма «нижчими» рівняннями чинимо так, як описано вище. Таким чином, «під» невідомої х 2 у всіх рівняннях будуть нулі.

3) Переходимо до наступного рівняння і так доти, доки не залишиться одна остання невідома і перетворений вільний член.

1. «Зворотний хід» методу Гауса – отримання рішення системи лінійних рівнянь алгебри (хід «знизу-вгору»). З останнього «нижнього» рівняння отримуємо одне перше рішення – невідому х n . Для цього вирішуємо елементарне рівняння А * х n = В. У прикладі, наведеному вище, х 3 = 4. Підставляємо знайдене значення «верхнє» наступне рівняння і вирішуємо його щодо наступної невідомої. Наприклад, х 2 – 4 = 1, тобто. х 2 = 5. І так доти, доки не знайдемо всі невідомі.

приклад.

Вирішимо систему лінійних рівнянь методом Гауса, як радять деякі автори:

Запишемо розширену матрицю системи та за допомогою елементарних перетворень наведемо її до ступінчастого вигляду:

Дивимося на ліву верхню сходинку. Там у нас має бути одиниця. Проблема полягає в тому, що у першому стовпці одиниць немає взагалі, тому перестановкою рядків нічого не вирішити. У разі одиницю треба організувати з допомогою елементарного перетворення. Зазвичай це можна зробити кількома способами. Вчинимо так:
1 крок . До першого рядка додаємо другий рядок, помножений на -1. Тобто подумки помножили другий рядок на –1 і виконали додавання першого і другого рядка, при цьому другий рядок у нас не змінився.

Тепер ліворуч угорі «мінус один», що нас цілком влаштує. Хто хоче отримати +1, може виконати додаткову дію: помножити перший рядок на –1 (змінити знак).

2 крок . До другого рядка додали перший рядок, помножений на 5. До третього рядка додали перший рядок, помножений на 3.

3 крок . Перший рядок помножили на -1, в принципі це для краси. У третього рядка також змінили знак і переставили її на друге місце, таким чином, на другому сходинці у нас з'явилася потрібна одиниця.

4 крок . До третього рядка додали другий рядок, помножений на 2.

5 крок . Третій рядок поділили на 3.

Ознакою, яка свідчить про помилку у обчисленнях (рідше – про друкарську помилку), є «поганий» нижній рядок. Тобто, якби в нас унизу вийшло щось на кшталт (0 0 11 |23) , і, відповідно, 11x 3 = 23, x 3 = 23/11, то з великою часткою ймовірності можна стверджувати, що допущена помилка в ході елементарних перетворень.

Виконуємо зворотний хід, в оформленні прикладів часто не переписують саму систему, а рівняння "беруть прямо з наведеної матриці". Зворотний хід, нагадую, працює «знизу нагору». У цьому прикладі вийшов подарунок:

x 3 = 1
x 2 = 3
x 1 + x 2 – x 3 = 1, отже x 1 + 3 – 1 = 1, x 1 = –1

Відповідь: x 1 = -1, x 2 = 3, x 3 = 1.

Вирішимо цю саму систему за запропонованим алгоритмом. Отримуємо

4 2 –1 1
5 3 –2 2
3 2 –3 0

Розділимо друге рівняння на 5, а третє – на 3. Отримаємо:

4 2 –1 1
1 0.6 –0.4 0.4
1 0.66 –1 0

Помножимо друге та третє рівняння на 4, отримаємо:

4 2 –1 1
4 2,4 –1.6 1.6
4 2.64 –4 0

Віднімемо з другого та третього рівнянь перше рівняння, маємо:

4 2 –1 1
0 0.4 –0.6 0.6
0 0.64 –3 –1

Розділимо третє рівняння на 0,64:

4 2 –1 1
0 0.4 –0.6 0.6
0 1 –4.6875 –1.5625

Помножимо третє рівняння на 0,4

4 2 –1 1
0 0.4 –0.6 0.6
0 0.4 –1.875 –0.625

Віднімемо з третього рівняння друге, отримаємо «ступінчасту» розширену матрицю:

4 2 –1 1
0 0.4 –0.6 0.6
0 0 –1.275 –1.225

Таким чином, так як у процесі обчислень накопичувалася похибка, отримуємо х 3 = 0,96 або приблизно 1.

х 2 = 3 та х 1 = -1.

Вирішуючи таким чином, Ви ніколи не заплутаєтеся у обчисленнях і не зважаючи на похибки обчислень, отримаєте результат.

Такий спосіб вирішення системи лінійних рівнянь алгебри легко програмуємо і не враховує специфічні особливостікоефіцієнтів за невідомих, адже на практиці (в економічних та технічних розрахунках) доводиться мати справу саме з нецілими коефіцієнтами.

Бажаю успіхів! До зустрічі на заняттях! Репетитор.

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Одним із універсальних та ефективних методів вирішення лінійних алгебраїчних систем є метод Гауса , що перебуває у послідовному виключенні невідомих.

Нагадаємо, дві системи називаються еквівалентними (рівносильними), якщо множини їх рішень збігаються. Іншими словами, системи еквівалентні, якщо кожне рішення однієї з них є рішенням іншої та навпаки. Еквівалентні системи виходять при елементарні перетворення рівнянь системи:

множення обох частин рівняння на число відмінне від нуля;

додавання до деякого рівняння відповідних частин іншого рівняння, помножених на число відмінне від нуля;

перестановка двох рівнянь.

Нехай дана система рівнянь

Процес вирішення цієї системи за методом Гауса складається із двох етапів. На першому етапі (прямий хід) система за допомогою елементарних перетворень наводиться до східчастому , або трикутному виду, але в другому етапі (зворотний хід) йде послідовне, починаючи з останнього за номером змінного, визначення невідомих з отриманої ступінчастої системи.

Припустимо, що коефіцієнт цієї системи
, в іншому випадку в системі перший рядок можна поміняти місцями з будь-яким іншим рядком так, щоб коефіцієнт при був відмінний від нуля.

Перетворимо систему, виключивши невідоме у всіх рівняннях, крім першого. Для цього помножимо обидві частини першого рівняння на і складемо почленно з другим рівнянням системи. Потім помножимо обидві частини першого рівняння на та складемо з третім рівнянням системи. Продовжуючи цей процес, отримаємо еквівалентну систему

Тут
– нові значення коефіцієнтів та вільних членів, які виходять після першого кроку.

Аналогічно, вважаючи головним елементом
, виключимо невідоме із усіх рівнянь системи, крім першого та другого. Продовжимо цей процес, поки це можливо, в результаті отримаємо східчасту систему

,

де ,
,…,- Головні елементи системи
.

Якщо в процесі приведення системи до ступінчастого вигляду з'являться рівняння, тобто рівності виду
, їх відкидають, тому що їм задовольняють будь-які набори чисел
. Якщо ж при
з'явиться рівняння виду, яке немає рішень, це свідчить про несумісності системи.

При зворотному ході із останнього рівняння перетвореної ступінчастої системи виражається перше невідоме через решту невідомих
, які називають вільними . Потім вираз змінної з останнього рівняння системи підставляється в передостаннє рівняння та з нього виражається змінна
. Аналогічно послідовно визначаються змінні
. Змінні
, виражені через вільні змінні, називаються базисними (Залежними). В результаті виходить спільне рішеннясистеми лінійних рівнянь

Щоб знайти приватне рішення системи, вільним невідомим
у загальному рішенні надаються довільні значення та обчислюються значення змінних
.

Технічно зручніше піддавати елементарним перетворенням не самі рівняння системи, а розширену матрицю системи

.

Метод Гауса - універсальний метод, що дозволяє вирішувати не тільки квадратні, а й прямокутні системи, в яких число невідомих
не дорівнює числу рівнянь
.

Перевага цього методу полягає також у тому, що в процесі рішення ми одночасно досліджуємо систему на спільність, оскільки, навівши розширену матрицю
до ступінчастого вигляду, легко визначити ранги матриці та розширеної матриці
та застосувати теорему Кронекера - Капеллі .

Приклад 2.1Методом Гауса вирішити систему

Рішення. Число рівнянь
та кількість невідомих
.

Складемо розширену матрицю системи, приписавши праворуч від матриці коефіцієнтів стовпець вільних членів .

Наведемо матрицю до трикутного вигляду; для цього отримуватимемо «0» нижче елементів, що стоять на головній діагоналі за допомогою елементарних перетворень.

Щоб отримати «0» у другій позиції першого стовпця, помножимо перший рядок на (-1) і додамо до другого рядка.

Це перетворення запишемо числом (-1) проти першого рядка і позначимо стрілкою, що йде від першого рядка до другого рядка.

Для отримання «0» у третій позиції першого стовпця, помножимо перший рядок на (-3) і додамо до третього рядка; покажемо цю дію за допомогою стрілки, що йде від першого рядка до третього.

.

В отриманій матриці, записаній другий у ланцюжку матриць, отримаємо «0» у другому стовпці третьої позиції. Для цього помножили другий рядок на (-4) і додали до третього. В отриманій матриці другий рядок помножимо на (-1), а третій - розділимо на (-8). Всі елементи цієї матриці, що лежать нижче за діагональні елементи - нулі.

Так як , система є спільною та певною.

Відповідна останній матриці система рівнянь має трикутний вигляд:

З останнього (третього) рівняння
. Підставимо у друге рівняння та отримаємо
.

Підставимо
і
у перше рівняння, знайдемо


.

Сьогодні розбираємося з методом Гауса для вирішення систем лінійних рівнянь алгебри. Про те, що це за системи, можна почитати у попередній статті, присвяченій рішенню тих самих СЛАУ методом Крамера. Метод Гауса не вимагає якихось специфічних знань, потрібна лише уважність та послідовність. Незважаючи на те, що з точки зору математики для його застосування вистачить і шкільної підготовки, у студентів освоєння цього методу часто викликає труднощі. У цій статті спробуємо звести їх нанівець!

Метод Гауса

М етод Гауса- Найбільш універсальний метод рішення СЛАУ (за винятком ну вже дуже великих систем). На відміну від розглянутого раніше, він підходить не тільки для систем, що мають єдине рішення, але і для систем, у яких рішень безліч. Тут можливі три варіанти.

1. Система має єдине рішення (визначник головної матриці системи не дорівнює нулю);
2. Система має безліч рішень;
3. Рішень немає, система несумісна.

Отже, ми маємо систему (нехай у неї буде одне рішення), і ми збираємося вирішувати її методом Гауса. Як це працює?

Метод Гауса складається з двох етапів – прямого та зворотного.

Прямий хід методу Гауса

Спочатку запишемо розширену матрицю системи. Для цього до головної матриці додаємо стовпець вільних членів.

Вся суть методу Гауса полягає в тому, щоб шляхом елементарних перетворень привести цю матрицю до ступінчастого (або як ще кажуть трикутного) вигляду. У такому вигляді під (або над) головною діагоналлю матриці мають бути одні нулі.

Що можна робити:

1. Можна переставляти рядки матриці місцями;
2. Якщо у матриці є однакові (або пропорційні) рядки, можна видалити їх усі, крім одного;
3. Можна множити чи ділити рядок на будь-яке число (крім нуля);
4. Нульові рядки видаляються;
5. Можна додавати до рядка рядок, помножений на число, відмінне від нуля.

Зворотний хід методу Гауса

Після того як ми перетворимо систему таким чином, одна невідома Xn стає відома, і можна в зворотному порядку знайти всі невідомі, підставляючи вже відомі ікси в рівняння системи, аж до першого.

Коли інтернет завжди під рукою, можна вирішити систему рівнянь методом Гаусса онлайн.Достатньо лише вбити в онлайн-калькулятор коефіцієнти. Але погодьтеся, набагато приємніше усвідомлювати, що приклад вирішено не комп'ютерною програмою, а Вашим власним мозком.

Приклад розв'язання системи рівнянь методом Гаусс

А тепер – приклад, щоб усе стало наочно та зрозуміло. Нехай дана система лінійних рівнянь і потрібно вирішити її методом Гауса:

Спочатку запишемо розширену матрицю:

Тепер займемося перетвореннями. Пам'ятаємо, що нам потрібно досягти трикутного вигляду матриці. Помножимо 1-ий рядок на (3). Помножимо 2-й рядок на (-1). Додамо 2-й рядок до 1-го і отримаємо:

Потім помножимо 3-й рядок на (-1). Додамо 3-й рядок до 2-го:

Помножимо 1-ий рядок на (6). Помножимо 2-й рядок на (13). Додамо 2-й рядок до 1-го:

Вуаля – система наведена до відповідного виду. Залишилось знайти невідомі:

Система у цьому прикладі має єдине рішення. Вирішення систем з безліччю рішень ми розглянемо в окремій статті. Можливо, спочатку Ви не знатимете, з чого почати перетворення матриці, але після відповідної практики наб'єте руку і клацатимете СЛАУ методом Гауса як горішки. А якщо Ви раптом зіткнетеся зі СЛАУ, яка виявиться занадто міцним горішком, звертайтесь до наших авторів! ви можете, залишивши заявку у Заочнику. Разом ми вирішимо будь-яке завдання!

Дві системи лінійних рівнянь називаються рівносильними, якщо безліч їх рішень збігається.

Елементарні перетвореннясистеми рівнянь - це:

1. Викреслення із системи очевидних рівнянь, тобто. таких, у яких всі коефіцієнти дорівнюють нулю;
2. Розмноження будь-якого рівняння на число, відмінне від нуля;
3. Додаток до будь-якого i-го рівняння будь-якого j-то рівняння, помноженого на будь-яке число.

Змінна x i називається вільною, якщо ця змінна не є дозволеною, а вся система рівнянь є дозволеною.

Теорема. Елементарні перетворення переводять систему рівнянь на рівносильну.

Сенс методу Гауса полягає в тому, щоб перетворити вихідну систему рівнянь та отримати рівносильну дозволену або рівносильну несумісну систему.

Отже, метод Гауса складається з наступних кроків:

1. Розглянемо перше рівняння. Виберемо перший ненульовий коефіцієнт і розділимо все рівняння нею. Отримаємо рівняння, яке деяка змінна x i входить з коефіцієнтом 1;
2. Віднімемо це рівняння з усіх інших, множачи його на такі числа, щоб коефіцієнти при змінній x i в інших рівняннях обнулилися. Отримаємо систему, дозволену щодо змінної x i і рівносильну вихідної;
3. Якщо виникають тривіальні рівняння (рідко, але буває; наприклад, 0 = 0), викреслюємо їх із системи. Внаслідок рівнянь стає на одне менше;
4. Повторюємо попередні кроки трохи більше n разів, де n - число рівнянь у системі. Щоразу вибираємо для «обробки» нову змінну. Якщо виникають суперечливі рівняння (наприклад, 0 = 8) система несумісна.

У результаті за кілька кроків отримаємо або дозволену систему (можливо, з вільними змінними), або несовместную. Дозволені системи розпадаються на два випадки:

1. Число змінних дорівнює числу рівнянь. Отже, систему визначено;
2. Число змінних більше числарівнянь. Збираємо всі вільні змінні праворуч – отримуємо формули для дозволених змінних. Ці формули так і записуються у відповідь.

От і все! Система лінійних рівнянь вирішена! Це досить простий алгоритм, і для його освоєння вам не обов'язково звертатися до репетитора з математики. Розглянемо приклад:

Завдання. Розв'язати систему рівнянь:

Опис кроків:

1. Віднімаємо перше рівняння з другого та третього - отримаємо дозволену змінну x 1;
2. Помножуємо друге рівняння на (−1), а третє рівняння ділимо на (−3) – отримаємо два рівняння, у яких змінна x 2 входить із коефіцієнтом 1;
3. Додаємо друге рівняння до першого, а з третього – віднімаємо. Отримаємо дозволену змінну x 2;
4. Нарешті, віднімаємо третє рівняння з першого - отримуємо дозволену змінну x 3;
5. Отримали дозволену систему, записуємо відповідь.

Спільне рішення спільної системилінійних рівнянь - це нова система, рівносильна вихідної, в якій всі дозволені змінні виражені через вільні.

Коли може знадобитися рішення? Якщо доводиться робити менше кроків, ніж k (k - це скільки всього рівнянь). Однак причин, через які процес закінчується на деякому кроці l< k , может быть две:

1. Після l-го кроку вийшла система, яка містить рівняння з номером (l + 1). Насправді, це добре, т.к. дозволена система все одно отримана – навіть на кілька кроків раніше.
2. Після l -го кроку отримали рівняння, у якому всі коефіцієнти при змінних дорівнюють нулю, а вільний коефіцієнт відмінний від нуля. Це суперечливе рівняння, отже, система несовместна.

Важливо розуміти, що виникнення суперечливого рівняння методом Гаусса - це достатня підстава несумісності. При цьому зауважимо, що в результаті l-го кроку не може залишитися тривіальних рівнянь - всі вони викреслюються у процесі.

Опис кроків:

1. Віднімаємо перше рівняння, помножене на 4, з другого. А також додаємо перше рівняння до третього - отримаємо дозволену змінну x 1;
2. Віднімаємо третє рівняння, помножене на 2, з другого – отримаємо суперечливе рівняння 0 = −5.

Отже, система несумісна, оскільки виявлено суперечливе рівняння.

Завдання. Дослідити спільність та знайти загальне рішення системи:

Опис кроків:

1. Віднімаємо перше рівняння з другого (попередньо помноживши на два) і третього - отримаємо дозволену змінну x 1;
2. Віднімаємо друге рівняння з третього. Оскільки всі коефіцієнти цих рівняннях збігаються, третє рівняння перетвориться на тривіальне. Заодно помножимо друге рівняння на (-1);
3. Віднімаємо з першого рівняння друге - отримаємо дозволену змінну x 2 . Вся система рівнянь тепер також дозволена;
4. Оскільки змінні x 3 і x 4 - вільні, переносимо їх праворуч, щоб висловити дозволені змінні. Це є відповідь.

Отже, система спільна і невизначена, оскільки є дві дозволені змінні (x 1 і x 2) і дві вільні (x 3 і x 4).

Карл Фрідріх Гаусс, найбільший математик довгий час вагався, вибираючи між філософією та математикою. Можливо, саме такий склад розуму дозволив йому так помітно "успадкувати" у світовій науці. Зокрема, створивши "Метод Гауса".

Майже 4 роки статті цього сайту стосувалися шкільної освіти, здебільшого з боку філософії, принципів (не)розуміння, які впроваджуються у свідомість дітей. Приходить час більшої конкретики, прикладів та методів... Я вірю, що саме такий підхід до звичних, заплутаних та важливимобластям життя дає найкращі результати.

Ми, люди так влаштовані, що скільки не говори про абстрактне мислення, але розуміння завждивідбувається через приклади. Якщо приклади відсутні, то принципи вловити неможливо... Як неможливо опинитися на вершині гори інакше, як пройшовши її схил від підніжжя.

Теж і зі школою: поки що живих історійнедостатньо ми інстинктивно продовжуємо вважати її місцем, де дітей вчать розуміти.

Наприклад, навчаючи методу Гауса...

Метод Гаусса у 5 класі школи

Зазначу відразу: метод Гауса має набагато ширше застосування, наприклад, при вирішенні систем лінійних рівнянь. Те, про що ми говоритимемо, проходять у 5 класі. Це початку, Уяснивши які, набагато легше розібратися в більш "просунутих варіантах". У цій статті ми говоримо про методі (способі) Гауса при знаходженні суми ряду

Ось приклад, який приніс зі школи мій молодший син, що відвідує 5 клас московської гімназії

Шкільна демонстрація методу Гауса

Вчитель математики з використанням інтерактивної дошки (сучасні методинавчання) показав дітям презентацію історії "створення методу" маленьким Гаусом.

Шкільний вчитель відшмагав маленького Карла (застарілий метод, нині в школах не застосовується) за те, що той,

замість того, щоб послідовно складати числа від 1 до 100 знайти їх суму помітив, Що пари чисел, рівно віддалені від країв арифметичної прогресії, в сумі дають те саме число. наприклад, 100 і 1, 99 і 2. Порахувавши кількість таких пар, маленький Гаус майже миттєво вирішив запропоноване вчителем завдання. За що й був екзекуції на очах здивованої публіки. Щоб решті думати було не кортіло.

Що зробив маленький Гаус, розвинув почуття числа? Помітивдеяку особливістьчислового ряду з постійним кроком (арифметична прогресія). І саме цезробило його згодом великим ученим, уміючим помічати, що володіє почуттям, інстинктом розуміння.

Цим і цінна математика, що розвиває здатність бачитизагальне у приватному - абстрактне мислення. Тому більшість батьків та роботодавців інстинктивно вважають математику важливою дисципліною ...

"Математику вже потім вчити треба, що вона розум у порядок наводить.
М.В.Ломоносов".

Однак, послідовники тих, хто порав різками майбутніх геніїв, перетворили Метод на щось протилежне. Як 35 років тому говорив мій науковий керівник: "Занавчили питання". Або як сказав учора про метод Гауса мій молодший син: "Може не варто з цього велику науку робити, а?"

Наслідки творчості "вчених" видно за рівнем нинішньої шкільної математики, рівнем її викладання та розуміння "Цариці наук" більшістю.

Проте, продовжимо...

Методи пояснення методу Гаусса у 5 класі школи

Вчитель математики московської гімназії, пояснюючи метод Гауса по-Віленкіну, ускладнив завдання.

Що якщо різниця (крок) арифметичної прогресії буде не одиниця, а інше число? Наприклад, 20.

Завдання, яке він дав п'ятикласникам:

20+40+60+80+ ... +460+480+500

Перш, ніж познайомитися з гімназічним методом, заглянемо до Мережі: як це роблять шкільні вчителі – репетитори з математики?

Метод Гауса: пояснення №1

Відомий репетитор на своєму каналі YOUTUBE наводить такі міркування:

"запишемо числа від 1 до 100 наступним чином:

спочатку ряд чисел від 1 до 50, а строго під ним інший ряд чисел від 50 до 100, але у зворотній послідовності"

1, 2, 3, ... 48, 49, 50

100, 99, 98 ... 53, 52, 51

"Зверніть увагу: сума кожної пари чисел з верхнього та нижнього рядів однакова і дорівнює 101! Порахуємо кількість пар, вона становить 50 і помножимо суму однієї пари на кількість пар! Вуаля: Відповідь готова!".

"Якщо ви не змогли зрозуміти - не засмучуйтесь!", - тричі в процесі пояснення повторив учитель. "Цей метод ви проходитимете в 9 класі!"

Метод Гауса: пояснення №2

Інший репетитор, менш відомий (судячи з переглядів) використовує більш науковий підхід, пропонуючи алгоритм рішення з 5 пунктів, які необхідно виконати послідовно.

Для непосвячених: 5 це одне з чисел Фібоначчі, що традиційно вважається магічним. Метод із 5 кроків завжди більш навчений, ніж метод, наприклад, із 6 кроків. ... І це навряд чи випадковість, швидше за все, Автор - прихований прихильник теорії Фібоначчі

Дана арифметична прогресія: 4, 10, 16 ... 244, 250, 256 .

Алгоритм знаходження суми чисел ряду методом Гауса:

4, 10, 16 ... 244, 250, 256

256, 250, 244 ... 16, 10, 4

При цьому потрібно пам'ятати про правил "Плюс один" : до отриманого приватного необхідно додати одиницю: інакше ми отримаємо результат, менший на одиницю, ніж справжнє числопара: 42 + 1 = 43.

Це і є шукана сума арифметичної прогресії від 4 до 256 з різницею 6!

Метод Гауса: пояснення у 5 класі московської гімназії

А ось як потрібно вирішити завдання знаходження суми ряду:

20+40+60+ ... +460+480+500

у 5 класі московської гімназії, підручник Віленкіна (за словами мого сина).

Показавши презентацію, вчителька математики показала кілька прикладів методом Гаусса і дала класу завдання знайти суми чисел поруч із кроком 20.

При цьому потрібно наступне:

Як бачимо, це компактніша і ефективніша методика: число 3 - також член послідовності Фібоначчі

Мої коментарі до шкільної версії методу Гауса

Великий математик вибрав би філософію, якби передбачав, на що перетворять його "метод" послідовники німецького вчителя, що відшмагав Карла різками. Він побачив би і символізм, і діалектичну спіраль і невмираючу дурість "вчителів", намагаються виміряти алгеброю нерозуміння гармонію живої математичної думки ....

До речі: чи знаєте ви. що наша система освіти сягає корінням у німецьку школу 18 - 19 століть?

Але Гаус вибрав математику.

У чому полягає суть його методу?

У спрощення. У спостереженні та схоплюванніпростих закономірностей чисел. У перетворення сухої шкільної арифметики на цікаве та захоплююче заняття , що активізує в мозку бажання продовжувати, а не блокує високовитратну розумову діяльність

Хіба можливо однією з наведених "модифікацій методу" Гауса порахувати суму чисел арифметичної прогресії майже миттєво? За "алгоритмами" маленький Карл гарантовано уникнув би прочуханки, виховав відразу до математики і придушив на корені свої творчі імпульси.

Чому репетитор так наполегливо радив п'ятикласникам "не боятися нерозуміння" методу, переконуючи, що "такі" завдання вони вирішуватимуть аж у 9 класі? Психологічно безграмотна дія. Вдалим прийомом було відзначити: "Бачите? Ви вже у 5 класі можетевирішувати завдання, які проходитимете лише через 4 роки! Які ви молодці!

Для використання методу Гауса достатньо рівня 3 класуколи нормальні діти вже вміють складати, множити і ділити 2 -3 значні числа. Проблеми виникають через нездатність дорослих вчителів, які "не в'їжджають", як пояснити найпростіші речі нормальною людською мовою, не те що математичною... Не здатних зацікавити математикою і відбивають полювання навіть у "здібних".

Або, як прокоментував мій син: "роблять із цього велику науку".

Метод Гауса, мої пояснення

Нашій дитині ми з дружиною пояснювали цей "метод", здається, ще до школи.

Простота замість ускладнення чи гра у запитання - відповіді

""Подивися, ось числа від 1 до 100. Що ти бачиш?"

Справа не в тому, що саме побачить дитина. Фокус у тому, щоб він став дивитися.

"Як можна їх скласти?" Син вловив, що такі питання не задаються "просто так" і потрібно поглянути на питання "якось інакше, інакше, ніж він робить зазвичай"

Не важливо, чи дитина побачить рішення відразу, це малоймовірно. Важливо, щоб він перестав боятися дивитися, або як я говорю: "ворушив завдання". Це початок шляху до розуміння

"Що легше: скласти, наприклад, 5 та 6 або 5 та 95?" Навідне питання... Але ж будь-яке навчання і зводиться до "наведення" людини на "відповідь" - у будь-який прийнятний для нього спосіб.

На цьому етапі вже можуть виникнути припущення про те, як "заощадити" на обчисленнях.

Все, що ми зробили - натякнули: "лобовий, лінійний" метод рахунку - не можливий. Якщо дитина це усікала, то згодом вона вигадає ще багато таких методів, адже це цікаво!І він точно уникне "нерозуміння" математики, не відчуватиме до неї огиду. Він здобув перемогу!

Якщо дитина знайшла, Що додавання пар чисел, що дають у сумі сотню, нікчемне заняття, то "арифметична прогресія з різницею 1"- Досить моторошна і нецікава для дитини річ - раптом для нього знайшло життя . З хаосу виник порядок, а це завжди викликає ентузіазм: так ми влаштовані!

Питання на засипку: навіщо після одержання дитиною осяяння знову заганяти його в рамки сухих алгоритмів, до того ж функціонально марних у цьому випадку?!

Навіщо змушувати тупо переписуватичисла послідовності у зошит: щоб навіть у здібних не виникло і єдиного шансу на розуміння? Статистично, звичайно, адже масова освіта заточена на "статистику".

Куди подівся нуль?

І все-таки складати числа, що дають у сумі 100 для розуму набагато більш прийнятно, ніж дають 101.

"Шкільний метод Гауса" вимагає саме цього: бездумно складатирівновіддалені від центру прогресії пари чисел, незважаючи ні на що.

А якщо подивитися?

Все-таки нуль - найбільший винахідлюдства, якому понад 2 000 років. А вчителі математики продовжують його ігнорувати.

Набагато простіше перетворити ряд чисел, що починається з 1, в ряд, що починається з 0. Адже сума не зміниться, чи не так? Потрібно припинити "думати підручниками" і почати дивитися...І побачити, що пари із сумою 101 цілком можна замінити парами із сумою 100!

0 + 100, 1 + 99, 2 + 98 ... 49 + 51

Як скасувати "правило плюс 1"?

Якщо чесно, то я про таке правило вперше почув від того ютубовського репетитора...

Як я досі роблю, коли потрібно визначити кількість членів якогось ряду?

Дивлюся на послідовність:

1, 2, 3, .. 8, 9, 10

а коли зовсім втомився, то на простіший ряд:

1, 2, 3, 4, 5

і прикидаю: якщо відняти з 5 одиницю, то вийде 4, але я цілком ясно бачу 5 чисел! Отже потрібно додати одиницю! Почуття числа, розвинене в початковій школі, підказує: навіть якщо членів ряду буде цілий гугл (10 сотою мірою), закономірність залишиться тією ж.

На фіг правила?

Щоб через пару - трійку років заповнити весь простір між чолом і потилицею і перестати розуміти? А заробляти на хліб із олією як? Адже ми прямими шеренгами рухаємось в епоху цифрової економіки!

Ще про шкільний метод Гауса: "навіщо науку з цього робити?.."

Я не дарма розмістив скріншот із зошита сина.

"Що там було, на уроці?"

"Ну, я порахував відразу, підняв руку, але вона не спитала. Тому, поки інші вважали я став робити ДЗ російською мовою, щоб не витрачати час. Потім, коли інші дописали (???), вона викликала мене до дошки." Я сказав відповідь."

"Правильно покажи, як ти вирішував", - сказала вчителька. Я показав. Вона сказала: "Неправильно, треба рахувати так, як я показала!"

"Добре, що двійку не поставила. І змусила написати в зошит "хід рішення" по-їхньому. Навіщо науку велику з цього робити?.."

Головний злочин вчителя математики

Навряд чи після того випадкуКарл Гаусс відчув високе почуття поваги до шкільного вчителя математики. Але якби він знав, як послідовники того вчителя перекрутять саму суть методу... він заревів би від обурення і через Всесвітню організацію інтелектуальної власності ВОІВ домігся заборони на використання свого чесного імені у шкільних підручниках!

У чому головна помилкашкільного підходу? Або, як я висловився – злочин шкільних вчителів математики проти дітей?

Алгоритм нерозуміння

Що роблять шкільні методисти, абсолютна більшість яких думати не вміє ні дуля?

Створюють методики та алгоритми (див. ). Це захисна реакція, що оберігає вчителів від критики ("Все робиться згідно..."), а дітей - від розуміння. І таким чином – від бажання критикувати вчителів!(Друга похідна чиновницької "мудрості", науковий підхід до проблеми). Людина не вловлюючи сенс швидше нарікатиме на власне нерозуміння, а не на тупість шкільної системи.

Що й відбувається: батьки нарікають на дітей, а вчителі... те ж саме на дітей, "не розуміють математику!..

Кмітуєте?

Що зробив маленький Карл?

Абсолютно нешаблонно підійшов до шаблонного завдання. Це квінтесенція Його підходу. Це головне, чого слід навчати у школі: думати не підручниками, а головою. Звичайно, є і інструментальна складова, яку цілком можна використати... у пошуках більш простих і ефективних методіврахунки.

Метод Гауса по-Віленкіну

У школі вчать, що метод Гауса полягає в тому, щоб

що, якщо число елементів ряду виявиться непарним, як у задачі, яку задали синові?

"Подвох" полягає в тому, що в цьому випадку слід виявити "зайве" число рядута додати його до суми пар. У нашому прикладі це число 260.

Як виявити? Переписуючи всі пари чисел у зошит!(Саме чому вчителька змусила дітей робити цю тупу роботу, намагаючись навчити "творчості" методом Гауса... І саме тому такий "метод" практично не застосовується до великих рядів даних, і саме тому він не є методом Гауса).

Трохи творчості у шкільній рутині...

Син же вчинив інакше.

(20 + 500, 40 + 480 ...).

0+500, 20+480, 40+460 ...

Нескладно, правда?

А практично робиться ще легше, що і дозволяє викроїти 2-3 хвилини на ДЗ російською, поки інші "вважають". До того ж, зберігає кількість кроків методики: 5, що не дозволяє критикувати підхід за антинауковість.

Очевидно цей підхід простіше, швидше та універсальніше, у стилі Методу. Але... вчителька не те, що не похвалила, а й змусила переписати "правильним чином" (див. скріншот). Тобто зробила відчайдушну спробу задушити творчий імпульс і здатність розуміти математику на корені! Мабуть, щоб потім найнятись репетитором... Не на того напала...

Все, що я так довго і нудно описав, можна пояснити нормальній дитині максимум за півгодини. Разом із прикладами.

Причому так, що він це ніколи не забуде.

І це буде крок до розуміння... не тільки математики.

Визнайте: скільки разів у житті ви складали методом Гауса? І я жодного разу!

Але інстинкт розуміння, який розвивається (або гаситься) у процесі вивчення математичних методіву школі... О!.. Це справді незамінна річ!

Особливо у вік загальної цифровізації, в який ми непомітно увійшли під чуйним керівництвом Партії та Уряду.

Декілька слів на захист вчителів...

Несправедливо та неправильно всю відповідальність за такий стиль навчання звалюватиме виключно на шкільних вчителів. Діє система.

Деяківчителі розуміють абсурдність того, що відбувається, але що робити? Закон про освіту, ФГОСи, методики, технологічні картиуроків... Все має робитися "відповідно та на підставі" і все має бути задокументовано. Крок убік – став у чергу на звільнення. Не будемо ханжами: зарплата московських вчителів дуже непогана... Звільнять - куди йти?..

Тому сайт цей не про освіту. Він про індивідуальній освіті, єдино можливий спосіб вибратися з натовпу покоління Z ...