一般式(线性)

代数

yì bān shì (xiàn xìng)

线性方程的一般式为 Ax + By = C,其中 A、B、C 都是整数,且 A 为非负数。

Formula

Ax + By = C
Visualization

Definition

一般式把直线写成 $Ax + By = C$,两个变量都在左边,常数在右边;严格地说,$A$、$B$、$C$ 都是整数,且 $A$ 大于或等于 $0$,$\gcd(A, B, C) = 1$。与偏重 $y$ 的斜截式不同,一般式对 $x$ 和 $y$ 一视同仁。从几何上看,它是 $\mathbb{R}^2$ 中超平面(直线)方程的法向式,其中向量 $(A, B)$ 是直线的法向量,点 $(x, y)$ 在直线上当且仅当 $(A, B) \cdot (x, y) = C$。

Example

对于 $2x + 3y = 12$,令 $y = 0$ 得到 x 轴截距 $x = 6$,令 $x = 0$ 得到 y 轴截距 $y = 4$。要把 $y = \frac{2}{3}x - 4$ 转换为一般式,把每一项都乘以 $3$ 得到 $3y = 2x - 12$,再移项并调整符号:$2x - 3y = 12$。对于两条直线 $2x + 3y = 6$ 和 $4x - y = 10$,写成矩阵形式 $[[2,3],[4,-1]][[x],[y]] = [[6],[10]]$,行列式 $2(-1) - 3(4) = -14$ 确认了解的唯一性。

Key Insight

一般式便于快速求截距,遮住一个变量就能看出直线与各坐标轴的交点,在方程组中也更受青睐,因为它把 x 的系数和 y 的系数整齐地排成两列,便于消元。这种法向量视角把一般式与点积,以及用克莱姆法则或行化简求解方程组联系了起来。