**Def**: *Ett linjärt ekvationssystem med reella koefficienter är en samling av $m$ stycken ekvationer, där:*
- *Varje ekvation innerhåller som m'st $m$-stycken variabler, och hat gemmesamma vatiabler för alla ekvationer*
- *Varje vatiable förekommer om en första ordning moam $(x,\;4x,\;-3y,\cancel{x^2},\;\cancel{xy})$*
- *En konstant term $(e,\;0,\;-5,\;\cancel{2+i})$*
**Ex**: $$\begin{aligned}x_1-2x_2+3x_3=0\\x_1-x_4=-2\\\\\cancel{{x_1}^2}-2\cancel{x_2x_5}=0\\\cancel{\sin(x_1)}-x_4=\cancel{-2+}3i\end{aligned}$$
*Ett allmänt linjär ekvationssystem med reella koefficienter herstamade av $m$ stycken ekvationer och $m$ stycken variablar ser ut så här: *$$\left.\begin{aligned}a_{11}x_1+a_{12}x_2+\dots+a_{1m}x_n=b_1\\a_{21}x_1+a_{22}x_2+\dots+a_{2n}x_n=b_2\\\vdots\\a_{m1}x_1+a_{m2}x_2+\dots+a_{mn}x_n=b_m\end{aligned}\right\}\begin{aligned}m\times{n}\text{ stycken koeffiencer }(a_{ij})\\m\text{ stycken koeffienter }(b_i)\end{aligned}$$
**Ex**: $$\begin{aligned}x_1-2x_2-3x_3=0\\x_1-x_4=-2\\\Leftrightarrow x1_2-x_2-3x_3+0x_4=0\\x1+0x_2+0x_3-x_4=-2\\\end{aligned}$$
**Def**: *En $m\times{n}$ matris med rella koeffienter är en samling av $m\times{n}$ stycken rella tal i en rektagulär schema med $m$ rader och $n$ koefiencer* $$A=\begin{bmatrix}a_{11}&a_{12}&\dots&a_{1n}\\a_{21}&a_{22}&\dots&a_{2n}\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots&\\a_{m1}&a_{m2}&\dots&a_{mn}\end{bmatrix}\leftarrow m\times{n}\text{ matris}$$
*Variablar till häramde ett ekvationssystem samlas i en $n\times1$ matris $\overrightarrow{x}$ (också kallad för en kolomnvektor), och en koefficienterma $b_i$ som utgöt HL av en ekvationssystemet samlas i $m\times1$ matris $\overrightarrow{b}$(ett annat kolonnvektor)*$$\overrightarrow{x}=\left[\begin{aligned}x_1\\x_2\\x_3\\\vdots\;\\\vdots\;\\x_n\end{aligned}\right]\;\;\;\overrightarrow{b}=\left[\begin{aligned}b_1\\b_2\\\vdots\;\\\vdots\;\\b_m\end{aligned}\right]$$

*Ex*: $$\begin{aligned}x_1-2x_2-3x_x=0\\x_1-x_4=-2\\\\A=\begin{bmatrix}1&-2&-3&0\\1&0&0&-1\end{bmatrix}\\\overrightarrow{x}=\left[\begin{aligned}x_1\\x_2\\x_3\\x_4\end{aligned}\right]\;\;\;\overrightarrow{b}=\left[\begin{aligned}0\\-2\end{aligned}\right]\end{aligned}$$
- **Def**: *Ett gauss schema är en sammling av $A$, och $\overrightarrow{b}$ som tillhör ett ekvastions system:*$$\left(A\mid\overrightarrow{b}\right)=\begin{pmatrix}a_{11}&a_{12}&\dots&a_{1n}&|&b_1\\a_{21}&a_{22}&\dots&a_{2n}&|&b_2\\\vdots&\vdots&\ddots&\vdots&|&\vdots&\\a_{m1}&a_{m2}&\dots&a_{mn}&|&b_m\end{pmatrix}$$
	- *Ett Jauss Schema (tillhörande ett ekvationssystem) har refuserats till sin trappform om följande gäller*
		- *Varje rad börjar med en etta på $VL$(kallas för ledande etta), eller så är alla elementen på $VL$ lika med $0$*
		- *Varje successivt rad börjar med en etta minst en kolumn senare, eller så är alla element på $VL$ lika med $0$*
	- *Ur trappform kan vi läsa av ekvationssystemets egenskaper*
		1. *Varje rad som har en ledande etta bestämmer en **pivåvariabel** - det är den variabeln som motsvarar kolumnen där ledande ettan befiner sig. Variabeln som inte har en motsvarande ledande etta är fria variabler*
		2. *Ett ekvationssystem har:*
			- *En entydlig lösning*: *Alla variablar är **privåvariabler***
			- *Oändligt många lösningar*: *Mist en fri variable*
			- *Saknar lösning*: *Om vi har en rad i trappformen där alla element på $VL$ är $0$, medans $HL$ är nollställen*
	- *Ett ekvations system är antigen*
		- *Exakt-bestämnd*: *Lika många ekvationer som variabler*
		- *Över-bestämnd*: *Mera ekvationser än variabler*
		- *Under-bestämnd*: *Mindre ekvationser än variablar*
- **Ex**:
	1. **Exakt bestämd system/Entydlig lösning**$$\begin{aligned}\begin{aligned}x-2y+z&=&3\\2x+y&=&1\\3y+2z&=&2\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\2&-1&0&|&1\\0&3&2&|&2\end{pmatrix}\\\begin{aligned}\frac12R_2\rightarrow{R_2}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\1&-\frac12&0&|&\frac12\\0&3&2&|&2\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-R_1\rightarrow{R_2}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\0&\frac32&-1&|&-\frac52\\0&3&2&|&2\end{pmatrix}\\\begin{aligned}\frac32R_2\rightarrow{R_2}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\0&1&-\frac23&|&-\frac53\\0&3&2&|&2\end{pmatrix}\begin{aligned}R_3-3R_2\rightarrow{R_3}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\0&1&-\frac23&|&-\frac53\\0&0&4&|&7\end{pmatrix}\\\begin{aligned}\frac14R_3\rightarrow{R_3}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\0&1&-\frac23&|&-\frac53\\0&0&1&|&\frac74\end{pmatrix}\end{aligned}$$
		- *Vi hat nu bekräftat att ekvations systemet har en entydlig lösning*$$\begin{aligned}1\times{z}=\frac74\Longrightarrow{z=\frac74}\\1\times{y}-\frac23z=-\frac53\Rightarrow{y}=\frac23z-\frac53=\end{aligned}$$
	2. **Exakt-bestämnd system/oändliga lösningar**$$\begin{aligned}\begin{aligned}x-2y+z&=&3\\2x-2y&=&1\\3x-4y+z&=&4\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\2&-2&0&|&1\\3&-4&1&|&4\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-2R_1\rightarrow{R_2}\\R_3-3R_1\rightarrow{R_3}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\0&2&-2&|&-5\\0&2&-2&|&-5\end{pmatrix}\\\begin{aligned}R_3-R_2\rightarrow{R_3}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\0&2&-2&|&-5\\0&0&0&|&0\end{pmatrix}\begin{aligned}\frac12R_2\rightarrow{R_2}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-2&1&|&3\\0&1&-1&|&-\frac52\\0&0&0&|&0\end{pmatrix}\Rightarrow\\\begin{aligned}\text{Vi har två pivåvariabler $x$ och $y$, och en fri variabel, $z$. Vi har altså oändligt många lösningar.}\end{aligned}\end{aligned}$$
		- *Eftersom $z$ är en fri variabler kan $z=t$, och $t\in\mathbb{R}$. sampt* $$\begin{aligned}y-z=-\frac52\Rightarrow{y}=z-\frac52=t-\frac52\\x-2y+z=3\Rightarrow{x}=2y-z+3=2\left(t-\frac52\right)-t+3=t-2\\\end{aligned}$$
	3. **Exakt-bestämnd system/Saknar lösningar** $$\begin{aligned}\begin{aligned}x-3y+2z&=&3\\x-2y&=&2\\2x-5y+2z&=&4\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\1&-2&2&|&2\\2&-5&2&|&-4\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-R_1\rightarrow{R_2}\\R_3-2R_1\rightarrow{R_3}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\0&1&0&|&-1\\0&1&-2&|&-2\end{pmatrix}\\\begin{aligned}R_3-R_2\rightarrow{R_3}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\0&1&2&|&-1\\0&0&0&|&-1\end{pmatrix}\end{aligned}$$
		- **OBS** *Rad $2$ och $3$ säger att det skall vara $-2$ medans de int har samma $VL$, detta går inte! samt säger det $0x+0y+0z=-1\Leftrightarrow{0=-1}$*
	4. **Över-bestämd system/Entydlig Lösning** $$\begin{aligned}\begin{aligned}x-3y+2z&=&3\\x-2y&=&2\\x-y-z&=&2\\2x-5y+2z&=&5\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\1&-2&0&|&2\\1&-1&-1&|&2\\2&-5&2&|&5\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-R_1\rightarrow{R_2}\\R_3-R_1\rightarrow{R_3}\\R_4-2R_1\rightarrow{R_4}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\\\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\0&1&-2&|&-1\\0&2&-3&|&-1\\0&1&-2&|&-1\end{pmatrix}\begin{aligned}R_3-2R_2\rightarrow{R_3}\\R_4-R_2\rightarrow{R_4}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\0&1&-2&|&-1\\0&0&1&|&1\\0&0&0&|&0\end{pmatrix}\end{aligned}$$
		- *Vi har fott en entydlig lösning med*$$\begin{aligned}z=1\\y-2z=-1\Rightarrow{}y=2z-1=1\\x-3y+2z=3\Rightarrow{}x=3y-2z+3=4\end{aligned}$$
	5. **Över-bestämd system/oändliga lösningar** $$\begin{aligned}\begin{aligned}x-3y+2z=3\\x-2z=3\\-3y+4z=0\\3x-3y+2z=9\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\1&0&-2&|&3\\0&-3&4&|&0\\3&-3&2&|&9\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-R_1\rightarrow{R_2}\\R_4-3R_1\rightarrow{R_4}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\0&3&-4&|&0\\0&-3&4&|&0\\0&6&-8&|&0\end{pmatrix}\\\begin{aligned}R_3+R_2\rightarrow{R_3}\\R_4-2R_2\rightarrow{R_4}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-3&2&|&3\\0&3&-4&|&0\\0&0&0&|&0\\0&0&0&|&0\end{pmatrix}\begin{aligned}\frac13R_2\rightarrow{R_2}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-3&2&3\\0&1&-\frac34&|&0\\0&0&0&|&0\\0&0&0&|&0\end{pmatrix}\end{aligned}$$
		- *Ty att vi har en fri variable i ekvations systemet* $$\begin{aligned}z=t,\;t\in\mathbb{R}\\y=-\frac43z=0\Rightarrow{}y=\frac43t\\x-3y+2z=3\Rightarrow x=3y-2x+3=2t+3\end{aligned}$$
	6. **Över-bestämd system/Saknar lösning**$$\begin{aligned}\begin{aligned}x-4y+2z&=&2\\x-z&=&3\\4y-3z&=&1\\3x-4y&=&1\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-4&2&|&2\\1&0&-1&|&3\\0&4&-3&|&1\\3&-4&0&|&1\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-R_1\rightarrow{R_2}\\R_4-3R_1\rightarrow{R_4}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-4&2&|&2\\0&4&-3&|&1\\0&3&-3&|&1\\0&8&-6&|&-5\end{pmatrix}\\\begin{aligned}R_3-R_2\rightarrow{R_3}\\R_4-2R_2\rightarrow{R_4}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-4&2&|&2\\0&4&-3&|&1\\0&0&0&|&0\\0&0&0&|&-7\end{pmatrix}\end{aligned}$$
		- *I sista raden ser vi att $0x+0y+0z=-7$, samt i näst sista som säger $0x+0y+0z=0$ dessa är motsägelse fulla, altså saknas det en lösning*
	7. **Under-bestämd system/Entydlig lösning** *Falsk möjlighet! Ett under bestämt system har mindre antal ekvationer än antalet variabler. Men i så fall är det omöjligt att alal variabler vore pivåvariabler*
	8. **Under-bestämd system/Oändliga lösningar**$$\begin{aligned}\begin{aligned}x-y-z&=&1\\x+z&=&2\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-1&-1&|&1\\1&0&1&|&2\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-R_1\rightarrow{R_2}\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-1&-1&|&1\\0&1&2&|&1\end{pmatrix}\end{aligned}$$
		- *Ty att vi har en fri variablel så har ekvations systemet oändligt många lösningar*$$\begin{aligned}z=t,\;t\in\mathbb{R}\\y+2z=1\Rightarrow{}y=-2z+1=-2t+1\\x-y-z=1\Rightarrow{}x=y+z+1=-t+2\end{aligned}$$
	9. **Under-bestämd system/Saknar lösningar**$$\begin{aligned}\begin{aligned}x-y-z&=&1\\x-y-z&=&2\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-1&-1&|&1\\1&-1&-1&|&2\end{pmatrix}\begin{aligned}R_2-R_1\rightarrow{R_2}\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&-1&-1&|&1\\0&0&0&|&1\end{pmatrix}\end{aligned}$$
		- *Sista ekvationer säger att $0=1\Rightarrow$ ekvationssystemet saknar lösning.*
- **DEF**: *Ett ekvations system kallas homohen om hala $HL$ är noll* $$\text{EX: }\begin{aligned}
x-y+z&=&0\\
7x-3z&=&0
\end{aligned}$$*För hohogena ekvations system gäller följande*
	- *Exakt-bestämd + homogen $\Rightarrow$ Antigen: alla variablar är noll, eller oändligt många lösningar*
	- *Över-bestämt system + homogen $\Rightarrow$ Antigen: alla variablar är noll($0,0,0,\dots,0$), eller oändligt många lösningar*
	- *Under-bestämt system + homogen $\Rightarrow$ Oändligt många lösningar*
- **För varje ekvations system med oändligt många lösningar kan lösningsmängden delas upp i två**: $$y''-2y'+y=x^2+1$$
	- *Den homogena lösningen: den som löser samma ekvationer, fast med $HL$ lika med $0$*
	- *Den partikulära lösningen: en lösning av ekvations systemet*
	- **EX**$$\begin{aligned}\begin{aligned}x-3y+2z&=&3\\x-2z&=&3\\-3y+4z&=&0\\3x-3y-2z&=&9\end{aligned}\xRightarrow{\text{Lösning i EX 5}}\begin{aligned}z=t,\;t\in\mathbb{R}\\y=\frac43\\x=2t+3\end{aligned}\Leftrightarrow{}(x,y,z)=(2t+3,\frac43t,t)\\\underbracket{(3,0,0)}_{\text{Partikulära Lösningen}}+\underbracket{t\times(2,\frac43,1)}_{\text{Homogena Lösningen}}\end{aligned}$$
- **Ex**: $$\begin{aligned}\begin{aligned}x_1-2x_2-3x_x&=&0\\x_1-x_4&=&-2\end{aligned}\\\\\Rightarrow\begin{pmatrix}1&-2&-3&0&|&0\\1&0&0&-1&|&-2\end{pmatrix}\end{aligned}$$
- **Ex**: $$\left.\begin{aligned}x+2y-u+3v&=&2\\2x+3y+2z-2u+10v&=&0\\x+3y-2z-4u+2v&=&3\\\underbrace{-x-3y+2z+3u-v}_{\substack{\text{VL $4\times5$}\\\text{=20 platser i schemat}}}&=&\underbrace{-4}_{\substack{\text{HL $4$}\\\text{ platser}}}\\\end{aligned}\right.\Rightarrow\left(a\mid\overrightarrow{b}\right)=\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\2&3&2&-2&10&|&0\\1&3&-2&-3&2&|&3\\-1&-3&2&3&1&|&-4\end{pmatrix}$$
*Hur räknar man med ett gauss schema? Man räknar med hjälp av elemäntera radoperationer:*
- **Radbyte**: *Vi byter plats på alla element i raderna $i$ och $j$ : $R_i\leftrightarrow{R_j}\;\;\left(R_1\leftrightarrow{R_3}\right)$*
- **Radmultiplikation**: *Vi multiplicerar alla ellement i raden $i$ med en och samma nollstild tal $\lambda\in\mathbb{R}$: $\lambda\times{R_i}\rightarrow{R_i}\;\;\left(2R_1\leftarrow{R_1}\right)$*
- **Radaddition**: *Vi adderar till varje element i raden $i$ en $\lambda$-mutipel av motsvarande element från raden $j$: $R_i+\lambda{R_j}\rightarrow{R_1}\;\;\left(R_1-3R_2\rightarrow{R_1}\right)$*
**Ex**: $$\left(\begin{aligned}1\;-2\;3\;\;\;\;\;0:\;\;\;0\\1\;\;\;\;\;0\;0\;-1:-2\end{aligned}\right).\;\;R_2-R_1\rightarrow{R_2}\left(\begin{aligned}1\;-2\;-3\;\;\;\;\;0:\;\;\;0\\0\;\;\;\;\;2\;\;\;\;\;3\;-1:-2\end{aligned}\right).\;\;\frac12R_2\rightarrow{R_2}\left(\begin{aligned}1\;-2\;-3\;\;\;\;0\;\;:\;\;\;0\\0\;\;\;\;\;1\;\;\;\;\;\frac32\;\frac{-1}2:-1\end{aligned}\right)$$
**Ex**: $$\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\2&3&2&-2&10&|&0\\1&3&-2&-4&2&|&3\\-1&-3&2&2&-4&|&-4\end{pmatrix}\left.\begin{aligned}R_2-2R_1\rightarrow{R_2}\\R_3-R_1\rightarrow{R_3}\\\xrightarrow{}\\R_4+R_1\rightarrow{R_4}\end{aligned}\right.\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\0&-1&2&0&4&|&-4\\0&1&-2&-3&-1&|&1\\0&-1&2&2&2&|&-2\end{pmatrix}$$

**Avslutande av kapitle**: $$\begin{aligned}\begin{aligned}x+2y-u+3v&=&2\\2x+3y+2z-2u+10v&=&0\\x+3y-2z-4u+2v&=&3\\-x-3y+2z+3u-v&=&-4\end{aligned}\Rightarrow\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\2&3&2&-2&10&|&0\\1&3&-2&-4&2&|&3\\-1&-3&2&3&-1&|&-4\end{pmatrix}\\\begin{aligned}R_2-2R_1\rightarrow{}R_2\\R_3-R_1\rightarrow{}R_3\\R_4+R_1\rightarrow{}R_4\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\0&-1&2&0&4&|&-4\\0&1&-2&-3&-1&|&1\\0&-1&2&2&2&|&-2\end{pmatrix}\begin{aligned}R_3+R_2\rightarrow{}R_3\\R_4-R_2\rightarrow{}R_4\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\0&-1&2&0&4&|&-4\\0&0&0&-3&3&|&-3\\0&0&0&2&-2&|&2\end{pmatrix}\\\begin{aligned}R_2\rightarrow{}R_2\\\frac13R_3\rightarrow{}R_3\\\frac12R_4\rightarrow{}R_4\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\0&1&-2&0&-4&|&4\\0&0&0&1&-1&|&1\\0&0&0&1&-1&|&1\end{pmatrix}\begin{aligned}R_4-R_3\rightarrow{}R_4\\\xrightarrow{}\end{aligned}\begin{pmatrix}1&2&0&-1&3&|&2\\0&1&-2&0&-4&|&4\\0&0&0&1&-1&|&1\\0&0&0&0&0&|&0\end{pmatrix}\end{aligned}$$
- *$z$ och $v$ är fria variablar i detta systemet*
- $$\begin{aligned}
n=s,\text{ där }s\in\mathbb{R}\text{ (frivariable)}\\
u-n=1\Rightarrow{u=1-s}\\
z=t,\text{ där }t\in\mathbb{R}\\
y-2z-4v=4\Rightarrow{}y=2t+4s+4\\
x+2y-u+3v=z\Rightarrow{}x=-2\left(2t+4s+4\right)+\left(1+s\right)-3s+2\\
x=-4t-10s-5
\end{aligned}$$