基本概念
向量及其运算
- 向量
由 n 个实数 a 1 , a 2 , ⋯ , a n 组成的 n 元有序数组 [ a 1 , a 2 , ⋯ , a n ] 称之为 n 维行向量,如果该 数组是纵向排列的: [ a 1 a 2 ⋮ a n ] ,则称其为 n 维列向量 . 由多个同型向量(维数相同且都为行向量或列向量)组成的集合称之为 向量组 . \begin{aligned} & \text{由} \boxed{n} \text{个实数} a_1, a_2, \cdots, a_n \text{组成的} n \text{元有序数组} [a_1, a_2, \cdots, a_n] \text{称之为} \boxed{n} \text{维行向量},\text{如果该} \\ & \text{数组是纵向排列的:} \begin{bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ \vdots \\ a_n \end{bmatrix},\text{则称其为} \boxed{n} \text{维列向量}. \\ & \text{由多个同型向量(维数相同且都为行向量或列向量)组成的集合称之为} \boxed{\text{向量组}}. \end{aligned} 由n个实数a1,a2,⋯,an组成的n元有序数组[a1,a2,⋯,an]称之为n维行向量,如果该数组是纵向排列的: a1a2⋮an ,则称其为n维列向量.由多个同型向量(维数相同且都为行向量或列向量)组成的集合称之为向量组. - 向量的线性运算
假设 α = [ a 1 a 2 ⋮ a n ] , β = [ b 1 b 2 ⋮ b n ] ,则可以定义如下运算: 转置: α T = [ a 1 , a 2 , ⋯ , a n ] ,通常我们也习惯把列向量写成 α = [ a 1 , a 2 , ⋯ , a n ] T 向量加法: α + β = [ a 1 + b 1 , a 2 + b 2 , ⋯ , a n + b n ] T 向量数乘: k α = [ k a 1 , k a 2 , ⋯ , k a n ] T \begin{aligned} & \text{假设} \boxed{\alpha} = \begin{bmatrix} a_1 \\ a_2 \\ \vdots \\ a_n \end{bmatrix}, \boxed{\beta} = \begin{bmatrix} b_1 \\ b_2 \\ \vdots \\ b_n \end{bmatrix},\text{则可以定义如下运算:} \\ & \text{转置:} \boxed{\alpha}^T = [a_1, a_2, \cdots, a_n],\text{通常我们也习惯把列向量写成} \boxed{\alpha} = [a_1, a_2, \cdots, a_n]^T \\ & \text{向量加法:} \boxed{\alpha} + \boxed{\beta} = [a_1 + b_1, a_2 + b_2, \cdots, a_n + b_n]^T \\ & \text{向量数乘:} k\boxed{\alpha} = [ka_1, ka_2, \cdots, ka_n]^T \\ \end{aligned} 假设α= a1a2⋮an ,β= b1b2⋮bn ,则可以定义如下运算:转置:αT=[a1,a2,⋯,an],通常我们也习惯把列向量写成α=[a1,a2,⋯,an]T向量加法:α+β=[a1+b1,a2+b2,⋯,an+bn]T向量数乘:kα=[ka1,ka2,⋯,kan]T
线性组合与线性表示
- 线性组合
设 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 是 m 个 n 维向量, k 1 , k 2 , ⋯ , k m 是 m 个常数,则称 k 1 α 1 + k 2 α 2 + ⋯ + k m α m 为向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 的一个线性组合. \begin{aligned} &\text{设}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{是}m\text{个}n\text{维向量,}k_1,k_2,\cdots,k_m\text{是}m\text{个常数,则称} \\ &\quad k_1\boxed{\alpha}_1 + k_2\boxed{\alpha}_2 + \cdots + k_m\boxed{\alpha}_m\text{为向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{的一个线性组合.} \end{aligned} 设α1,α2,⋯,αm是m个n维向量,k1,k2,⋯,km是m个常数,则称k1α1+k2α2+⋯+kmαm为向量组α1,α2,⋯,αm的一个线性组合. - 线性表示
设 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 是 m 个 n 维向量, β 是一个 n 维向量,如果存在常数 k 1 , k 2 , ⋯ , k m , 使得 β = k 1 α 1 + k 2 α 2 + ⋯ + k m α m , 则称 β 为向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 的一个线性组合, 或称向量 β 可以由向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 线性表示. \begin{aligned} &\text{设}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{是}m\text{个}n\text{维向量,} \\ &\quad\boxed{\beta}\text{是一个}n\text{维向量,如果存在常数}k_1,k_2,\cdots,k_m\text{,} \\ &\quad\text{使得}\boxed{\beta}=k_1\boxed{\alpha}_1 + k_2\boxed{\alpha}_2 + \cdots + k_m\boxed{\alpha}_m\text{,} \\ &\quad\text{则称}\boxed{\beta}\text{为向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{的一个线性组合,} \\ &\quad\text{或称向量}\boxed{\beta}\text{可以由向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性表示.} \end{aligned} 设α1,α2,⋯,αm是m个n维向量,β是一个n维向量,如果存在常数k1,k2,⋯,km,使得β=k1α1+k2α2+⋯+kmαm,则称β为向量组α1,α2,⋯,αm的一个线性组合,或称向量β可以由向量组α1,α2,⋯,αm线性表示. - 向量组的线性表示与等价
设有向量组 ( I ) : α 1 , α 2 , ⋯ , α m 与向量组 ( I I ) : β 1 , β 2 , ⋯ , β t ,如果向量组 ( I ) 中的 每一个向量都能由向量组 ( I I ) 线性表示,则称向量组 ( I ) 能由向量组 ( I I ) 线性表示.如 果向量组 ( I ) 与向量组 ( I I ) 能够相互线性表示,则称向量组 ( I ) 与向量组 ( I I ) 等价,记 作向量组 ( I ) ≅ 向量组 ( I I ) . \begin{aligned} &\text{设有向量组}(\boxed{I}):\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{与向量组}(\boxed{II}):\boxed{\beta}_1,\boxed{\beta}_2,\cdots,\boxed{\beta}_t\text{,如果向量组}(\boxed{I})\text{中的} \\ &\quad\text{每一个向量都能由向量组}(\boxed{II})\text{线性表示,则称向量组}(\boxed{I})\text{能由向量组}(\boxed{II})\text{线性表示.如} \\ &\quad\text{果向量组}(\boxed{I})\text{与向量组}(\boxed{II})\text{能够相互线性表示,则称向量组}(\boxed{I})\text{与向量组}(\boxed{II})\text{等价,记} \\ &\quad\text{作向量组}(\boxed{I})\cong\text{向量组}(\boxed{II}). \end{aligned} 设有向量组(I):α1,α2,⋯,αm与向量组(II):β1,β2,⋯,βt,如果向量组(I)中的每一个向量都能由向量组(II)线性表示,则称向量组(I)能由向量组(II)线性表示.如果向量组(I)与向量组(II)能够相互线性表示,则称向量组(I)与向量组(II)等价,记作向量组(I)≅向量组(II).
线性相关性
- 线性相关
设 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 是 m 个 n 维向量,如果存在不全为零的常数 k 1 , k 2 , ⋯ , k m ,使得: k 1 α 1 + k 2 α 2 + ⋯ + k m α m = 0 ,则称向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 线性相关. \begin{aligned} &\text{设}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{是}m\text{个}n\text{维向量,如果存在不全为零的常数}k_1,k_2,\cdots,k_m\text{,使得:} \\ &\quad k_1\boxed{\alpha}_1 + k_2\boxed{\alpha}_2 + \cdots + k_m\boxed{\alpha}_m = \boxed{0}\text{,则称向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性相关.} \end{aligned} 设α1,α2,⋯,αm是m个n维向量,如果存在不全为零的常数k1,k2,⋯,km,使得:k1α1+k2α2+⋯+kmαm=0,则称向量组α1,α2,⋯,αm线性相关. - 线性无关
如果向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 不是线性相关的,则称该向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 线性无关. 即:当且仅当 k 1 , k 2 , ⋯ , k m 全为零时,才能使 k 1 α 1 + k 2 α 2 + ⋯ + k m α m = 0 成立. \begin{aligned} &\text{如果向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{不是线性相关的,则称该向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性无关.} \\ &\quad\text{即:当且仅当}k_1,k_2,\cdots,k_m\text{全为零时,才能使}k_1\boxed{\alpha}_1 + k_2\boxed{\alpha}_2 + \cdots + k_m\boxed{\alpha}_m = \boxed{0}\text{成立.} \end{aligned} 如果向量组α1,α2,⋯,αm不是线性相关的,则称该向量组α1,α2,⋯,αm线性无关.即:当且仅当k1,k2,⋯,km全为零时,才能使k1α1+k2α2+⋯+kmαm=0成立.
内积与正交
- 内积
假设 α = [ a 1 , a 2 , ⋯ , a n ] T , β = [ b 1 , b 2 , ⋯ , b n ] T ,则定义 α 和 β 的内积 ( α , β ) = α T β = ∑ i = 1 n a i b i . \begin{aligned} &\text{假设}\boxed{\alpha}=[a_1,a_2,\cdots,a_n]^T,\boxed{\beta}=[b_1,b_2,\cdots,b_n]^T\text{,则定义}\boxed{\alpha}\text{和}\boxed{\beta}\text{的内积} \\ &\quad(\boxed{\alpha},\boxed{\beta})=\boxed{\alpha}^T\boxed{\beta}=\sum_{i=1}^n a_ib_i. \end{aligned} 假设α=[a1,a2,⋯,an]T,β=[b1,b2,⋯,bn]T,则定义α和β的内积(α,β)=αTβ=i=1∑naibi. - 正交
如果向量 α 和 β 的内积 ( α , β ) = 0 ,则称向量 α 和 β 正交 . 如果向量\boxed{\alpha}和\boxed{\beta}的内积(\boxed{\alpha},\boxed{\beta}) = 0,则称向量\boxed{\alpha}和\boxed{\beta}正交. 如果向量α和β的内积(α,β)=0,则称向量α和β正交. - 正交向量组
设 α 1 , α 2 , ⋯ , α m 为由非零向量组成的向量组,如果其中任意两个向量都是正交的,则 称该向量组为正交向量组. \begin{aligned} &\text{设}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{为由非零向量组成的向量组,如果其中任意两个向量都是正交的,则} \\ &\quad\text{称该向量组为正交向量组.} \end{aligned} 设α1,α2,⋯,αm为由非零向量组成的向量组,如果其中任意两个向量都是正交的,则称该向量组为正交向量组.
重要公式与定理
常见性质
定理 1:已知向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
线性无关,且向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
,
β
线性相关,则
β
可以由向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
线性表示.
定理 2:向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
线性相关当且仅当
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
中至少有一个向量是其
余
m
−
1
个向量的线性组合.
定理 3:若向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
线性相关,则向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
,
α
m
+
1
也线性相关.
\begin{aligned} &\text{定理 1:已知向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性无关,且向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m,\boxed{\beta}\text{线性相关,则} \\ &\quad\boxed{\beta}\text{可以由向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性表示.} \\ & \\ &\text{定理 2:向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性相关当且仅当}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{中至少有一个向量是其} \\ &\quad\text{余}m-1\text{个向量的线性组合.} \\ & \\ &\text{定理 3:若向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性相关,则向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m,\boxed{\alpha}_{m+1}\text{也线性相关.} \end{aligned}
定理 1:已知向量组α1,α2,⋯,αm线性无关,且向量组α1,α2,⋯,αm,β线性相关,则β可以由向量组α1,α2,⋯,αm线性表示.定理 2:向量组α1,α2,⋯,αm线性相关当且仅当α1,α2,⋯,αm中至少有一个向量是其余m−1个向量的线性组合.定理 3:若向量组α1,α2,⋯,αm线性相关,则向量组α1,α2,⋯,αm,αm+1也线性相关.
定理 4:若向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
s
可以由向量组
β
1
,
β
2
,
⋯
,
β
t
线性表示,且
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
s
线性无关,则有
s
≤
t
.
定理 5:
n
+
1
个
n
维向量必然线性相关.
定理 6:若向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
线性无关,则向量组
α
1
,
α
2
,
⋯
,
α
m
的延伸组
[
α
1
β
1
]
,
[
α
2
β
2
]
,
⋯
,
[
α
m
β
m
]
也线性无关.
定理 7:阶梯形向量组线性无关.
\begin{aligned} &\text{定理 4:若向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_s\text{可以由向量组}\boxed{\beta}_1,\boxed{\beta}_2,\cdots,\boxed{\beta}_t\text{线性表示,且}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_s \\ &\text{线性无关,则有}s \leq t. \\ & \\ &\text{定理 5:}n + 1\text{个}n\text{维向量必然线性相关.} \\ & \\ &\text{定理 6:若向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{线性无关,则向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_m\text{的延伸组} \\ &\quad\!\!\begin{bmatrix}\boxed{\alpha}_1\\\boxed{\beta}_1\end{bmatrix},\begin{bmatrix}\boxed{\alpha}_2\\\boxed{\beta}_2\end{bmatrix},\cdots,\begin{bmatrix}\boxed{\alpha}_m\\\boxed{\beta}_m\end{bmatrix}\!\!\text{也线性无关.} \\ & \\ &\text{定理 7:阶梯形向量组线性无关.} \end{aligned}
定理 4:若向量组α1,α2,⋯,αs可以由向量组β1,β2,⋯,βt线性表示,且α1,α2,⋯,αs线性无关,则有s≤t.定理 5:n+1个n维向量必然线性相关.定理 6:若向量组α1,α2,⋯,αm线性无关,则向量组α1,α2,⋯,αm的延伸组[α1β1],[α2β2],⋯,[αmβm]也线性无关.定理 7:阶梯形向量组线性无关.
与线性方程组有关的定理
定理 1:向量 β 可以由向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α n 线性表示 ⇔ r ( α 1 , α 2 , ⋯ , α n ) = r ( α 1 , α 2 , ⋯ , α n , β ) ⇔ 线性方程组 [ α 1 , α 2 , ⋯ , α n ] [ x 1 x 2 ⋮ x n ] = β 有解. 定理 2:向量组 α 1 , α 2 , ⋯ , α n 线性相关 ⇔ r ( α 1 , α 2 , ⋯ , α n ) < n ⇔ 齐次线性方程组 [ α 1 , α 2 , ⋯ , α n ] [ x 1 x 2 ⋮ x n ] = 0 有非零解. \begin{aligned} &\text{定理 1:向量}\boxed{\beta}\text{可以由向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n\text{线性表示} \\ &\Leftrightarrow r\left(\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n\right) = r\left(\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n,\boxed{\beta}\right) \\ &\Leftrightarrow \text{线性方程组}\left[\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n\right]\begin{bmatrix}x_1 \\ x_2 \\ \vdots \\ x_n\end{bmatrix} = \boxed{\beta}\text{有解.} \\ & \\ &\text{定理 2:向量组}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n\text{线性相关} \\ &\Leftrightarrow r\left(\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n\right) < n \\ &\Leftrightarrow \text{齐次线性方程组}\left[\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n\right]\begin{bmatrix}x_1 \\ x_2 \\ \vdots \\ x_n\end{bmatrix} = \boxed{0}\text{有非零解.} \end{aligned} 定理 1:向量β可以由向量组α1,α2,⋯,αn线性表示⇔r(α1,α2,⋯,αn)=r(α1,α2,⋯,αn,β)⇔线性方程组[α1,α2,⋯,αn] x1x2⋮xn =β有解.定理 2:向量组α1,α2,⋯,αn线性相关⇔r(α1,α2,⋯,αn)<n⇔齐次线性方程组[α1,α2,⋯,αn] x1x2⋮xn =0有非零解.
施密特正交化
假设 α 1 , α 2 , ⋯ , α n 线性无关,令 β 1 = α 1 , β 2 = α 2 − ( α 2 , β 1 ) ( β 1 , β 1 ) β 1 , ⋯ , β n = α n − ∑ i = 1 n − 1 ( α n , β i ) ( β i , β i ) β i 这样得到的 β 1 , β 2 , ⋯ , β n 是和 α 1 , α 2 , ⋯ , α n 等价的正交向量组 . \begin{aligned} &假设\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n线性无关,令 \\ & \boxed{\beta}_1 = \boxed{\alpha}_1,\boxed{\beta}_2 = \boxed{\alpha}_2 - \frac{(\boxed{\alpha}_2,\boxed{\beta}_1)}{(\boxed{\beta}_1,\boxed{\beta}_1)}\boxed{\beta}_1,\cdots,\boxed{\beta}_n = \boxed{\alpha}_n - \sum_{i=1}^{n-1}\frac{(\boxed{\alpha}_n,\boxed{\beta}_i)}{(\boxed{\beta}_i,\boxed{\beta}_i)}\boxed{\beta}_i \\ & 这样得到的\boxed{\beta}_1,\boxed{\beta}_2,\cdots,\boxed{\beta}_n是和\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\cdots,\boxed{\alpha}_n等价的正交向量组. \end{aligned} 假设α1,α2,⋯,αn线性无关,令β1=α1,β2=α2−(β1,β1)(α2,β1)β1,⋯,βn=αn−i=1∑n−1(βi,βi)(αn,βi)βi这样得到的β1,β2,⋯,βn是和α1,α2,⋯,αn等价的正交向量组.
线性表示的判定与证明
![![[Pasted image 20251116165855.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/0fcfb1f29f64442db34e9130394090ff.png)
(
α
1
α
2
α
3
⋮
β
)
唯一解:
r
(
α
1
α
2
α
3
)
=
r
(
α
1
α
2
α
3
⋮
β
)
=
3
无解:
r
(
α
1
α
2
α
3
)
<
r
(
α
1
α
2
α
3
⋮
β
)
无穷多解:
r
(
α
1
α
2
α
3
)
=
r
(
α
1
α
2
α
3
⋮
β
)
<
3
\begin{aligned} &(\boxed{\alpha}_1\ \boxed{\alpha}_2\ \boxed{\alpha}_3\ \vdots\ \boxed{\beta}) \\ &\text{唯一解:}\quad r(\boxed{\alpha}_1\ \boxed{\alpha}_2\ \boxed{\alpha}_3)=r(\boxed{\alpha}_1\ \boxed{\alpha}_2\ \boxed{\alpha}_3\ \vdots\ \boxed{\beta})=3 \\ &\text{无解:}\quad\quad r(\boxed{\alpha}_1\ \boxed{\alpha}_2\ \boxed{\alpha}_3)<r(\boxed{\alpha}_1\ \boxed{\alpha}_2\ \boxed{\alpha}_3\ \vdots\ \boxed{\beta}) \\ &\text{无穷多解:}\quad r(\boxed{\alpha}_1\ \boxed{\alpha}_2\ \boxed{\alpha}_3)=r(\boxed{\alpha}_1\ \boxed{\alpha}_2\ \boxed{\alpha}_3\ \vdots\ \boxed{\beta})<3 \end{aligned}
(α1 α2 α3 ⋮ β)唯一解:r(α1 α2 α3)=r(α1 α2 α3 ⋮ β)=3无解:r(α1 α2 α3)<r(α1 α2 α3 ⋮ β)无穷多解:r(α1 α2 α3)=r(α1 α2 α3 ⋮ β)<3
解:设有一组数
k
1
,
k
2
,
k
3
,满足
k
1
α
1
+
k
2
α
2
+
k
3
α
3
=
β
,增广矩阵为
A
‾
=
(
α
−
2
−
1
∣
1
2
1
1
∣
b
10
5
4
∣
c
)
→
(
2
1
1
∣
b
0
−
2
−
α
2
−
1
−
α
2
∣
1
−
α
b
2
0
0
1
∣
5
b
−
c
)
\begin{aligned} &\text{解:设有一组数}k_1,k_2,k_3\text{,满足}k_1\boxed{\alpha}_1 + k_2\boxed{\alpha}_2 + k_3\boxed{\alpha}_3 = \boxed{\beta}\text{,增广矩阵为} \\ &\overline{A} = \begin{pmatrix} \alpha & -2 & -1 & \bigm| & 1 \\ 2 & 1 & 1 & \bigm| & b \\ 10 & 5 & 4 & \bigm| & c \end{pmatrix} \rightarrow \begin{pmatrix} 2 & 1 & 1 & \bigm| & b \\ 0 & -2-\frac{\alpha}{2} & -1-\frac{\alpha}{2} & \bigm| & 1-\frac{\alpha b}{2} \\ 0 & 0 & 1 & \bigm| & 5b - c \end{pmatrix} \end{aligned}
解:设有一组数k1,k2,k3,满足k1α1+k2α2+k3α3=β,增广矩阵为A=
α210−215−114
1bc
→
2001−2−2α01−1−2α1
b1−2αb5b−c
(
1
)
当
−
2
−
α
2
≠
0
时,
r
(
A
)
=
r
(
A
‾
)
=
3
,方程组有唯一解,即
β
可由
α
1
,
α
2
,
α
3
唯一线性表示.
(
2
)
当
−
2
−
α
2
=
0
,即
α
=
−
4
时,
A
‾
=
(
2
1
1
∣
b
0
0
1
∣
1
+
2
b
0
0
0
∣
3
b
−
c
−
1
)
若
3
b
−
c
−
1
≠
0
,则
r
(
A
)
=
2
,
r
(
A
‾
)
=
3
,故方程组无解,即
β
不可由
α
1
,
α
2
,
α
3
线性表示.
若
3
b
−
c
−
1
=
0
,
A
‾
=
(
2
1
1
∣
b
0
0
1
∣
1
+
2
b
0
0
0
∣
0
)
→
(
2
1
0
∣
−
1
−
b
0
0
1
∣
1
+
2
b
0
0
0
∣
0
)
→
(
1
1
2
0
∣
−
1
+
b
2
0
0
1
∣
1
+
2
b
0
0
0
∣
0
)
\begin{aligned} &(1)\ \text{当}-2-\frac{\alpha}{2} \neq 0\text{时,}r(A)=r(\overline{A})=3\text{,方程组有唯一解,即}\boxed{\beta}\text{可由}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\boxed{\alpha}_3\text{唯一线性表示.} \\ &(2)\ \text{当}-2-\frac{\alpha}{2} = 0\text{,即}\alpha = -4\text{时,}\overline{A} = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 1 & \bigm| & b \\ 0 & 0 & 1 & \bigm| & 1+2b \\ 0 & 0 & 0 & \bigm| & 3b - c - 1 \end{pmatrix} \\ &\quad\text{若}3b - c - 1 \neq 0\text{,则}r(A)=2,\ r(\overline{A})=3\text{,故方程组无解,即}\boxed{\beta}\text{不可由}\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\boxed{\alpha}_3\text{线性表示.} \\ &\quad\text{若}3b - c - 1 = 0\text{,}\overline{A} = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 1 & \bigm| & b \\ 0 & 0 & 1 & \bigm| & 1+2b \\ 0 & 0 & 0 & \bigm| & 0 \end{pmatrix} \rightarrow \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 & \bigm| & -1 - b \\ 0 & 0 & 1 & \bigm| & 1+2b \\ 0 & 0 & 0 & \bigm| & 0 \end{pmatrix} \rightarrow \begin{pmatrix} 1 & \frac{1}{2} & 0 & \bigm| & -\frac{1+b}{2} \\ 0 & 0 & 1 & \bigm| & 1+2b \\ 0 & 0 & 0 & \bigm| & 0 \end{pmatrix} \end{aligned}
(1) 当−2−2α=0时,r(A)=r(A)=3,方程组有唯一解,即β可由α1,α2,α3唯一线性表示.(2) 当−2−2α=0,即α=−4时,A=
200100110
b1+2b3b−c−1
若3b−c−1=0,则r(A)=2, r(A)=3,故方程组无解,即β不可由α1,α2,α3线性表示.若3b−c−1=0,A=
200100110
b1+2b0
→
200100010
−1−b1+2b0
→
1002100010
−21+b1+2b0
非齐次方程通解为
k
(
−
1
2
,
1
,
0
)
T
+
(
−
1
+
b
2
,
0
,
1
+
2
b
)
T
=
(
−
k
2
−
1
+
b
2
,
k
,
1
+
2
b
)
T
即
β
=
(
−
k
2
−
1
+
b
2
)
α
1
+
k
α
2
+
(
1
+
2
b
)
α
3
\begin{aligned} &\text{非齐次方程通解为 } k\left(-\frac{1}{2},1,0\right)^T + \left(-\frac{1+b}{2},0,1+2b\right)^T = \left(-\frac{k}{2}-\frac{1+b}{2},k,1+2b\right)^T \\ &\text{即 } \boxed{\beta} = \left(-\frac{k}{2}-\frac{1+b}{2}\right)\boxed{\alpha}_1 + k\boxed{\alpha}_2 + (1+2b)\boxed{\alpha}_3 \end{aligned}
非齐次方程通解为 k(−21,1,0)T+(−21+b,0,1+2b)T=(−2k−21+b,k,1+2b)T即 β=(−2k−21+b)α1+kα2+(1+2b)α3
【小结】
① 注意
k
1
α
1
+
k
2
α
2
+
k
3
α
3
=
β
可以转换为线性方程组
(
α
1
,
α
2
,
α
3
)
x
=
β
,其中解
向量
x
=
(
k
1
k
2
k
3
)
,即
α
1
,
α
2
,
α
3
线性表出
β
的系数;
②
α
1
,
⋯
,
α
n
不能线性表出
β
⟺
(
α
1
,
⋯
,
α
n
)
x
=
β
无解;
α
1
,
⋯
,
α
n
能线性表出
β
,且表出方式唯一
⟺
(
α
1
,
⋯
,
α
n
)
x
=
β
有唯一解;
α
1
,
⋯
,
α
n
能线性表出
β
,且表出方式不唯一
⟺
(
α
1
,
⋯
,
α
n
)
x
=
β
有无穷多解。
\begin{aligned} &\text{【小结】} \\ &①\ \text{注意 } k_1\boxed{\alpha}_1 + k_2\boxed{\alpha}_2 + k_3\boxed{\alpha}_3 = \boxed{\beta} \text{ 可以转换为线性方程组 } (\boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\boxed{\alpha}_3)\boxed{x} = \boxed{\beta} \text{,其中解} \\ &\text{向量 } \boxed{x} = \begin{pmatrix} k_1 \\ k_2 \\ k_3 \end{pmatrix} \text{,即} \boxed{\alpha}_1,\boxed{\alpha}_2,\boxed{\alpha}_3 \text{ 线性表出} \boxed{\beta} \text{ 的系数;} \\ &②\ \boxed{\alpha}_1,\cdots,\boxed{\alpha}_n \text{ 不能线性表出} \boxed{\beta} \iff (\boxed{\alpha}_1,\cdots,\boxed{\alpha}_n)\boxed{x} = \boxed{\beta} \text{ 无解;} \\ &\boxed{\alpha}_1,\cdots,\boxed{\alpha}_n \text{ 能线性表出} \boxed{\beta} \text{,且表出方式唯一} \iff (\boxed{\alpha}_1,\cdots,\boxed{\alpha}_n)\boxed{x} = \boxed{\beta} \text{ 有唯一解;} \\ &\boxed{\alpha}_1,\cdots,\boxed{\alpha}_n \text{ 能线性表出} \boxed{\beta} \text{,且表出方式不唯一} \iff (\boxed{\alpha}_1,\cdots,\boxed{\alpha}_n)\boxed{x} = \boxed{\beta} \text{ 有无穷多解。} \end{aligned}
【小结】① 注意 k1α1+k2α2+k3α3=β 可以转换为线性方程组 (α1,α2,α3)x=β,其中解向量 x=
k1k2k3
,即α1,α2,α3 线性表出β 的系数;② α1,⋯,αn 不能线性表出β⟺(α1,⋯,αn)x=β 无解;α1,⋯,αn 能线性表出β,且表出方式唯一⟺(α1,⋯,αn)x=β 有唯一解;α1,⋯,αn 能线性表出β,且表出方式不唯一⟺(α1,⋯,αn)x=β 有无穷多解。
![![[Pasted image 20251116212809.png]]](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/5eedb09712154c9fa0b0ce52a7b685e1.png)
选C
82

被折叠的 条评论
为什么被折叠?



