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概念和定理
向量
α1,α2,⋯,αr及α1,α2,⋯,αr,⋯,αs(其中s≥r),称α1,α2,⋯,αr是α1,α2,⋯,αs的部分组,α1,α2,⋯,αs是整体组
向量组α1=(a11,a21,⋯,ar1)T,α2=(a12,a22,⋯,ar2)T,⋯,αm1=(a1m,a2m,⋯,arm)T及α1=(a11,a21,⋯,ar1,⋯,as1)T,α2=(a12,a22,⋯,ar2,⋯,as2)T,⋯,αm=(a1m,a2m,⋯,arm,⋯,asm)T,则称α1,α2,⋯,αm为向量组α1,α2,⋯,αm的延伸组(或称α1,α2,⋯,αm是α1,α2,⋯,αm的缩短组)
定理:
任何部分组α1,α2,⋯,αr相关⇒整体组
α1,α2,⋯,αs相关
整体组α1,α2,⋯,αs无关
⇒任何部分组
α1,α2,⋯,αr无关,反之都不成立
定理:
α1,α2,⋯,αm线性无关⇒延伸组α1,α2,⋯,αm线性无关
α1,α2,⋯,αm线性相关⇒α1,α2,⋯,αm线性相关
向量组的秩
向量组的极大线性无关组的向量个数称为向量组的秩,记为r(α1,α2,⋯,αs)
线性相关例题进一步说明
例:
已知α1,α2,α3线性无关,证明α1+α2,α2+α3,α3+α1线性无关
已知某向量组α1,α2,⋯,αn线性无关,推新的向量组β1,β2,⋯,βs线性无关大致思路,设
k1β1+k2β2+⋯+ksβs=0
向α1,α2,⋯,αn化简,即类似
m1α1+m2α2+⋯+mnαn=0
其中m1,⋯,mn由k1,⋯,ks表示,通过条件
b1α1+b2α2+⋯+bnαn=0
只有当b1=b2=⋯=bn=0时上式成立,证明
k1=k2=⋯=ks=0
设
k1(α1+α2)+k2(α2+α3)+k3(α3+α1)(k1+k3)α1+(k1+k2)α2+(k2+k3)α3=0=0
因为α1,α2,α3线性无关
⎩⎨⎧k1+k3=0k1+k2=0k2+k3=0(1)
由
∣∣110011101∣∣=2=0
齐次方程组(1)只有0解,即必有k1=0,k2=0,k3=0,因此α1+α2,α2+α3,α3+α1线性无关
已知α1,α2,α3线性无关,无法证明α1−α2,α2−α3,α3−α1线性无关
设
k1(α1−α2)+k2(α2−α3)+k3(α3−α1)(k1−k3)α1+(k2−k1)α2+(k3−k2)α3=0=0
因为α1,α2,α3线性无关
⎩⎨⎧k1−k3=0k2−k1=0k3−k2=0(1)
由
∣∣1−1001−1−101∣∣=0
齐次方程组(1)有非零解,无法证明k1=0,k2=0,k3=0,因此无法证明α1−α2,α2−α3,α3−α1线性无关
秩
例:向量组(1):α1,α2,α3;(2):α1,α2,α3,α4;(3):α1,α2,α3,α5,若秩r(1)=3,r(2)=3,r(3)=4,则r(α1,α2,α3,α4+α5)=()
由r(1)=3知,α1,α2,α3线性无关
由r(2)=4知,α1,α2,α3,α4线性相关
故α4可以由
以下可以用分析或计算
α1,α2,α3线性表出,那么向量组α1,α2,α3,α5与α1,α2,α3,α4+α5可以相互线性表示,即向量组等价
所以r(α1,α2,α3,α4+α5)=r(3)=4
或用计算
设α4=k1α1+k2α2+k3α3,则
(α1,α2,α3,α4+α5)=(α1,α2,α3,k1α1+k2α2+k3α3+α5)=(α1,α2,α3,α5)⎝⎛100001000010k1k2k31⎠⎞
由于矩阵⎝⎛100001000010k1k2k31⎠⎞可逆,故r(α1,α2,α3,α4+α5)=r(3)=4
矩阵的秩
例:设A,B都是n阶非零矩阵,且AB=O,证明A和B的秩都小于n
不会0_o,以后会补上的
正交规范化、正交矩阵在特征值和特征向量里
Ax=b解的性质
例:设α1,α2,α3是四元非齐次线性方程组Ax=b的三个就行了,且秩r(A)=3,α1=(1,2,3,4)T,α2+α3=(0,1,2,3)T,则方程组Ax=b的通解是()
由于n−r(A)=4−3=1,所以方程组通解形式为α+kη,现在特解已知可取α1,下面就是应找出导出组Ax=0的一个非零解
因为Aai=b,(i=1,2,3),有A[2α1−(α2+α3)]=0,即
2α1−(α2+α3)=(2,3,4,5)T
是Ax=0的一个非零解,于是方程组通解为(1,2,3,4)T+k(2,3,4,5)T,k是任意常数