[线性代数]线性方程组解的判定与性质

线性方程组的初等变换(高斯消元法解方程组)[对应增广系数矩阵]

1.交换两方程位置 [交换两行]

2.在方程两端乘以数k≠0 [某行乘k]

3.某方程两端k倍加到另一方程上 [某行的k倍加到另一行上]

解方程组,对增广矩阵和系数矩阵 只做初等行变换


以无解情况为例:

明显的,增广矩阵的秩大于系数矩阵的秩

当增广矩阵的秩大于系数矩阵时,化为阶梯形时,会出现如上述例子最后一行的情形,因此无解


总的来说,对于任意线性方程组,解的判定方法如下:

若系数矩阵的秩和增广矩阵的秩不相等则无解

若系数矩阵的秩和增广矩阵的秩相等则有解

(1) 若秩和未知数个数相同,唯一解

(2) 若秩小于未知数个数,无穷多个解


特殊情况:齐次线性方程组解的判定(一定有系数矩阵和增广矩阵的秩相同,至少有零解)

Ax=0 有非零解 等价于 列向量组 α1,α2,…,αn 线性相关

等价于 列向量组的秩小于未知数个数

等价于 r(A) < n

Ax=0 仅有零解 等价于 列向量组 α1,α2,…,αn 线性无关

等价于 列向量组的秩等于未知数个数

等价于 r(A) = n


推论

1.若对齐次线性方程组Ax=0,若方程个数小于未知数个数,则Ax=0必有非零解 (例如,两个方程三个未知数)

2.Ax=0有非零解 等价于 |A|,Ax=0仅有零解 等价于 |A| ≠ 0


齐次线性方程组解的性质

1.若ξ1,ξ2 是齐次线性方程组Ax=0的两个解,则ξ12也是Ax=0的解

2.若ξ是Ax=0的解,则对任意常数k(包括0),kξ也是Ax=0的解

3.若ξ1,ξ2…ξs是齐次线性方程组Ax=0的解,则它们的线性组合也是Ax=0的解


非齐次线性方程组Ax=b与其导出组Ax=0的解有以下性质:

1.设ξ1,ξ2Ax=b的任意两个解,则ξ12为对应导出组Ax=0的解

2.设η是Ax=b的解,ξ是Ax=0的任一解,则ξ+η是Ax=b的解

3.若η*Ax=b的一个解,则Ax=b的任一解可以表示为ξ+η*(其中ξ是导出组Ax=0的解)