19 ,
设
试证明向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn与向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn等价
证: 要证明向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn与向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn等价,
需证明两个向量组可以相互线性表示。
步骤一:证明向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn可由向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn线性表示
已知β1=α2 + α3 + ⋯ +
αn
β2=α1 + α3 + ⋯ + αn
⋯⋯⋯⋯⋯
βn=α1 + α2 + ⋯ + αn-1
由上述表达式可知,β1 , β2 , ⋯ ,
βn的每一个向量
都可以直接写成α1 , α2 , ⋯ ,
αn的线性组合形式,
所以向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn可由向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn线性表示。
步骤二:证明向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn可由向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn线性表示
将β1 , β2 , ⋯ ,
βn的表达式相加可得:
β1 +β2 + ⋯ + βn=(n-1)(α1
+ α2 + ⋯ + αn)
则α1 + α2 + ⋯ +
αn=(β1
+β2 + ⋯ + βn)
(n≠1 , 当n=1时 , β1 =0 ,
α1与β1不构成等价向量组 , 这里默认n⩾2)
用α1 + α2 + ⋯ +
αn=(β1
+β2 + ⋯ + βn)分别减去β1 , β2
, ⋯ , βn的表达式
α1 =(α1 + α2 + ⋯ +
αn)-β1=(β1
+β2 + ⋯ +
βn)-β1=β1
+β2+⋯
α2 =(α1 + α2 + ⋯ +
αn)-β2=(β1
+β2 + ⋯ +
βn)-β2=β1
+β2+⋯
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
αn =(α1 + α2 + ⋯ +
αn)-βn=(β1
+β2 + ⋯ +
βn)-βn=β1
+β2+⋯
由此可知,α1 , α2 , ⋯ ,
αn的每一个向量都可以写成β1 , β2 , ⋯ ,
βn的线性组合形式
所以向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn可由向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn线性表示。
步骤三:得出结论
因为向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn可由向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn线性表示,
且向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn可由向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn线性表示,
所以向量组α1 , α2 , ⋯ ,
αn与向量组β1 , β2 , ⋯ ,
βn等价。
综上,命题得证。
20 .
已知3阶矩阵A与3维列向量x满足等式A3x=3Ax-A2x
且向量组x , Ax , A2x线性无关
(1)记y=Ax , z=Ay , P=(x , y , z) , 求3阶矩阵B , 使AP=PB
(2)求|A|
解: (1)因矩阵P的列向量组线性无关 , 故P可逆 ,
从而B=P-1AP,
AP=A(x , y , z)=(Ax , Ay , Az)
因Ax=y , Ay=z , Az=AAy=A3x=3Ax -A2x=3y-z
故AP =(y , z , 3y-z)=(x , y ,
z)=P
于是B=P-1AP=
(其实矩阵B就是向量组Ax , Ay , Az由向量组x , y ,
z线性表示的系数矩阵)
(2)由B=P-1AP , 两边取行列式 , 便有|A|=|B|=0
21 , 求下列齐次线性方程组的基础解系
(1)
(2)
(3)
nx1+(n-1)x2+⋯+2xn-1+xn=0
解: (1)
A=
得同解方程组:
得参数形式: (x3 ,
x4可任意取值)
得参数形式:
(其中x3=c1 , x4=c2 )
得具体通解:==+ (c1
, c2为任意实数)
得基础解系
ξ1= ,
ξ2=
(2)
A=
得同解方程组:
得参数形式: (x3 ,
x4可任意取值)
得参数形式:
(其中x3=c1 , x4=c2 )
得具体通解:==+ (c1
, c2为任意实数)
得基础解系
ξ1= ,
ξ2=
(3)
步骤1:选择自由变量
选择
为自由变量,用它们表示
:
步骤2:引入参数
令:
则:
步骤3:写出参数形式通解
步骤4:写出基础解系
求方程组4x1+3x2+2x3+x4=0的基础解系
得参数形式:x4=-4x1-3x2-2x3
得参数形式:
(其中x1=c1 , x2=c2 ,
x3=c3 )
得齐次通解:==
(c1 , c2, c3为任意实数)
得基础解系
ξ1= ,
ξ2= ,
ξ3=