Ax=0
重点: n-r(A),基础解系
Ax=0有非零解 $\Leftrightarrow $ r(A) < n (未知数个数)$\Leftrightarrow $ A的列向量线性相关
特别地(针对水平型阵和方阵),※
- A-m×n,m<n, Ax=0 必有非零解
- A-n×n,Ax=0有非零解 $\Leftrightarrow $ |A|=0(克拉默法则)
Ax=0有非零解,则其解线性组合必为Ax=0的解,所以Ax=0若有非零解,则必有无穷多解,在这无穷多解中,线性无关的解向量个数为 $t=n-r(A)$,这就是基础解系,基础解系是Ax=0的解向量中的极大线性无关组。此外,根据定理可知,Ax=0的任一解都可以由基础解系线性表出。
基础解系⭐
- 是解
- 是线性无关组
- 个数t=n-r(A)
真题
【分析】“基础解系不存在”即为Ax=0没有非零解,根据 t=n-r(A) 知,本题等价转化为求解A的秩,求解秩时,找个大,找个小,通过夹逼,确定秩的值。
【解】$A^{*}\neq0$,则$r(A^{ *})\geq 1$,则$r(A)\geq n-1$
Ax=b有解且不唯一,则$r(A) < n$
联立得,r(A)=n-1
故t = n-r(A) = 1
⭐⭐⭐⭐⭐
【分析】根据通解的定义可知,若为通解,解必然线性无关,本题转化为证明 $a_1,a_2,a_3,a_4$哪三个线性无关
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这里用到了“低维无关,添加向量后的高维必无关”
此外,如果本题为证明计算题(证明基础解系),即 求$A^{*}x=0$ 的基础解系,则
- 根据$t=n-r(A^{*})$得基础解系解向量个数。
- 求解$r(A^{*})$ (找大找小) ,
- 根据A不可逆得,$|A|=0, r(A)< n=4$
- 由 $A_{12} \neq 0$,则$r(A) \geq n-1=3$
- 则r(A)=3,则$r(A^{*})$ = 1
- t = 4-1=3,即基础解系有三个解向量
- 证明是解
- $A^{*}A=|A| E=0,\text{且}|A|=0$ ,有 $A^{ *} (a_1a_2a_3a_4)=0$,则向量$a_1,a_2,a_3,a_4$ 均为$A^{ *}x=0$ 的解
- 证明线性无关(上面选择题过程)
🤓
Ax=b
重点:有解判定,解的结构
解的性质:
- 非齐的解相减为齐的解
- 齐的解+非齐解为非齐解
解的结构:非齐特解+齐的基础解系=非齐通解
公共解、同解
(一)公共解
- 两个方程解联立得公共解
- 已知一个方程的基础解系,求得另一个方程的基础解系,设$\beta$为公共解,则$\beta$能由两个基础解系分别表出,进而相减得齐次方程组求解。
注意零解一定是公共解。
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(二)同解
对Ax=0,Bx=0,若同解,则
n-r(A)=n-r(B)
故必要条件 r(A)-r(B)
秩关系的证明
应用
根据已知,假设出C,解方程组拼出C,考察基本功
命题:若Ax=0只有零解,那么Ax=b有唯一解 ❌