向量組、方程組與線性空間
由基礎(chǔ)解系反解方程組
(東華大學(xué),2021)已知向量組
記為
生成的子空間.
- 求一個(gè)以
為解空間的齊次線性方程組 (I);
- 求一個(gè)導(dǎo)出組為 (I),有一個(gè)特解為
的非齊次線性方程組 (II)
solution
- 首先記
,對(duì)
進(jìn)行初等行變換,化為階梯形,有
由此可知,而明顯
線性無(wú)關(guān),所以
為
的一組基.另外,根據(jù)上述階梯形可知方程組
的基礎(chǔ)解系為
記,則有
,從而
,這說(shuō)明
的列向量
均為方程組
的解,而 明顯
,所以方程組
的基礎(chǔ)解系當(dāng)中含有
個(gè)向量,而
線性無(wú)關(guān),所以它們構(gòu)成
的基礎(chǔ)解系,也就是說(shuō)方程組
,即
的解空間為.
- 當(dāng)
時(shí),有
于是方程組
的導(dǎo)出組為,同時(shí)以
為特解.
(合肥工業(yè)大學(xué),2020)設(shè)
,其中
- 求以
作為其解空間的齊次線性方程組;
- 求以
為解集的非齊次線性方程組,其中
.
solution
- 首先記
,則
對(duì)進(jìn)行初等行變換化為階梯形有
因此,結(jié)合
線性無(wú)關(guān)可知
是
的一個(gè)極大線性無(wú)關(guān)組,從而
.同時(shí)根據(jù)階梯形,可得方程組
的一組基礎(chǔ)解系為
此時(shí)顯然有,記
,即
,于是取轉(zhuǎn)置可知
,這說(shuō)明
的列向量(即
) 都是方程組
的解,而顯然
,從而
的基礎(chǔ)解系中含有
個(gè)向量,且
已經(jīng)是
的兩個(gè)線性無(wú)關(guān)的解向量,從而
就是
的基 礎(chǔ)解系,這說(shuō)明
就是
的解空間.故
即
是滿足條件的一個(gè)方程組. - 當(dāng)
時(shí),有
從而就是方程組
的一個(gè)特解,而由第一問(wèn)可知此方程組導(dǎo)出組的解空間為,從而根據(jù)非齊次線性方程組解的性質(zhì)可知
就是上述方程組的解集.
求線性空間的和與交
(浙江工商大學(xué),2020)已知向量組
記子空間及
.求
及
的維數(shù)和基.
solution
首先記矩陣 ,對(duì)
進(jìn)行初等行變換,化為階梯形,有
由此可知 為向量組
的極大線性無(wú)關(guān)組,而明顯
,所以
為
的一組基,且
.
另外,對(duì)任意的 ,不妨設(shè)
則有
將上式看作關(guān)于 的線性方程組,則其系數(shù)矩陣為
,而根據(jù)上述的階梯形可知方程組
的 通解為
其中 為任意常數(shù),由此可知
,所以
.這說(shuō)明
即為
的基,且
.
(武漢理工大學(xué),2021)設(shè)向量組
- 求
滿足什么條件時(shí),向量組
等價(jià);
- 求
滿足什么條件時(shí),使得向量組
不等價(jià);
- 記向量組
生成的子空間分別為
,當(dāng)
不等價(jià)時(shí),求
的基與維數(shù).
solution
首先記 ,對(duì)
進(jìn)行初等行變換,化為階梯形,有
由此可知 線性無(wú)關(guān).
- 當(dāng)
時(shí),顯然
可逆,從而向量組
等價(jià).
- 當(dāng)
時(shí),由于
,所以此時(shí)向量組
不等價(jià).
- 由 (2) 可知
,此時(shí)對(duì)
進(jìn)行初等行變換,化為階梯形,有
由此可知是
的極大線性無(wú)關(guān)組,進(jìn)而也是
的 一組基,且
.