向量组、方程组与线性空间
由基础解系反解方程组
(东华大学,2021)已知向量组
记为
生成的子空间.
- 求一个以
为解空间的齐次线性方程组 (I);
- 求一个导出组为 (I),有一个特解为
的非齐次线性方程组 (II)
solution
- 首先记
,对
进行初等行变换,化为阶梯形,有
由此可知,而明显
线性无关,所以
为
的一组基.另外,根据上述阶梯形可知方程组
的基础解系为
记,则有
,从而
,这说明
的列向量
均为方程组
的解,而 明显
,所以方程组
的基础解系当中含有
个向量,而
线性无关,所以它们构成
的基础解系,也就是说方程组
,即
的解空间为.
- 当
时,有
于是方程组
的导出组为,同时以
为特解.
(合肥工业大学,2020)设
,其中
- 求以
作为其解空间的齐次线性方程组;
- 求以
为解集的非齐次线性方程组,其中
.
solution
- 首先记
,则
对进行初等行变换化为阶梯形有
因此,结合
线性无关可知
是
的一个极大线性无关组,从而
.同时根据阶梯形,可得方程组
的一组基础解系为
此时显然有,记
,即
,于是取转置可知
,这说明
的列向量(即
) 都是方程组
的解,而显然
,从而
的基础解系中含有
个向量,且
已经是
的两个线性无关的解向量,从而
就是
的基 础解系,这说明
就是
的解空间.故
即
是满足条件的一个方程组. - 当
时,有
从而就是方程组
的一个特解,而由第一问可知此方程组导出组的解空间为,从而根据非齐次线性方程组解的性质可知
就是上述方程组的解集.
求线性空间的和与交
(浙江工商大学,2020)已知向量组
记子空间及
.求
及
的维数和基.
solution
首先记矩阵 ,对
进行初等行变换,化为阶梯形,有
由此可知 为向量组
的极大线性无关组,而明显
,所以
为
的一组基,且
.
另外,对任意的 ,不妨设
则有
将上式看作关于 的线性方程组,则其系数矩阵为
,而根据上述的阶梯形可知方程组
的 通解为
其中 为任意常数,由此可知
,所以
.这说明
即为
的基,且
.
(武汉理工大学,2021)设向量组
- 求
满足什么条件时,向量组
等价;
- 求
满足什么条件时,使得向量组
不等价;
- 记向量组
生成的子空间分别为
,当
不等价时,求
的基与维数.
solution
首先记 ,对
进行初等行变换,化为阶梯形,有
由此可知 线性无关.
- 当
时,显然
可逆,从而向量组
等价.
- 当
时,由于
,所以此时向量组
不等价.
- 由 (2) 可知
,此时对
进行初等行变换,化为阶梯形,有
由此可知是
的极大线性无关组,进而也是
的 一组基,且
.