Aki nem humán képzésre járt felsőoktatási tanulmányai során, az biztosan hallott már a lineáris algebráról és arról, hogy a lineáris algebra segítségével meg lehet oldani lineáris egyenletrendszereket. Az elemi bázistranszformáció tipikusan egy ilyen módszer. A legtöbben csak mechanikusan oldják meg, és kevesebben ismerik a számítás valódi hátterét.

A bázistranszformációs trükk

A bázistranszformáció során elimináljuk a pivot elemek oszlopait, de ez nem azt jelenti, hogy az oszlopokban lévő értékekkel nem történik semmi érdemleges. Sok oktató már eleve az oszlopeliminációra ugrik, ami arra készteti a tanulót, hogy algoritmikusan, a mögöttes tartalom megértése nélkül oldja meg a feladatot. Viszont éppen a kimaradó elemekkel történnek a legérdekesebb dolgok. Vegyük a következő lineáris egyenletrendszert:

5x1​2x1​​6x2​4x2​​2015​

Írjuk fel a kibővített együttható-mátrixot!

[52​64​2015​]

Válasszunk egy pivot elemet, mondjuk, legyen ez a kettő! Ilyenkor a pivot elem sorát elosztjuk a pivot elemmel:

[51​62​207,5​]

A többi elemre az alábbi szabály érvényesül, amelyet téglalapszabálynak hívunk:

q−pr⋅c​

Ahol:

  • q: adott elem:
  • r (row): a pivot elem sorában, és a kérdéses elem oszlopában lévő elem
  • c (column): a pivot elem oszlopában és a kérdéses elem sorában lévő elem
  • p: a pivot elem

Mi történik az öttel bal felül? (Ne feledjük, itt még a korábbi mátrixot használjuk, ahol nem osztottuk le a pivot elem sorát a pivot elemmel!)

5−22⋅5​=0

Azért szerepel az 5-ös két helyen, mert a pivot elem oszlopában és a kiválasztott elem sorában éppen maga az 5-ös áll. Ezekben a speciális esetekben, amikor a pivot elem oszlopában lévő értékeket kezeljük, r mindig egyenlő a pivot elemmel, míg c a transzformálandó értékkel, azaz q-val, így nem kaphatunk más értéket, mint nullát. De számoljunk tovább! Jön a 6-os.
6−24⋅5​=−4
20−215⋅5​=−17,5

A köztes állapot pedig:
[01​−42​−17,57,5​]

Mivel abból a sorból, ahonnan már korábban választottunk pivot elemet, nem választhatunk újabbat, ezért jó megoldásnak tűnik -4. (Azért nem választhatunk abból a sorból, ahonnan már került ki pivot elem, mert nem kéne elrontani az egyes együtthatót.)
Osszunk le a pivot-elemmel! Ez lesz az első sor:

[0​1​4,375​]

A második sor megmaradt elemeire ismét alkalmazzuk a téglalapszabályt:

2−−4−4⋅2​=0
7,5−−4−17,5⋅2​=−1,25

A teljes együttható-mátrix pedig így alakul:

[01​10​4,375−1,25​]

Helyettesítsük vissza az x1-et és az x2-t:

1x1​+0x2​0x1​+1x2​​=−1,25=4,375​

A folyamat végén a baloldalon egy egységmátrixot kapunk, ami lehetővé teszi, hogy egy sorban csak egyetlen ismeretlennek legyen nem nulla (hanem egy) együtthatója.