22.单选题(2分)设向量组alpha_(1),alpha_(2),alpha_(3)线性无关,若向量beta=alpha_(1)+alpha_(2)+alpha_(3),则向量组alpha_(1),alpha_(2),alpha_(3),beta的线性相关性是?A 线性无关B 线性相关C 无法确定D 取决于具体向量值
题目解答
答案
根据题意,我们需要判断向量组 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta$ 的线性相关性。
推理过程如下:
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已知条件:
- 向量组 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 线性无关。
- 向量 $\beta = \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$。
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判断线性相关性的方法:
要判断向量组 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta$ 是否线性相关,我们需要看是否存在不全为零的常数 $k_1, k_2, k_3, k_4$,使得它们的线性组合为零向量,即:
$k_1\alpha_1 + k_2\alpha_2 + k_3\alpha_3 + k_4\beta = 0$ -
代入已知关系:
将 $\beta = \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$ 代入上述方程中:
$k_1\alpha_1 + k_2\alpha_2 + k_3\alpha_3 + k_4(\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3) = 0$ -
合并同类项:
将含有 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 的项合并:
$(k_1 + k_4)\alpha_1 + (k_2 + k_4)\alpha_2 + (k_3 + k_4)\alpha_3 = 0$ -
利用线性无关的性质:
因为已知向量组 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 是线性无关的,所以要使它们的线性组合等于零向量,其对应的系数必须全部为零。因此,我们得到方程组:
$k_1 + k_4 = 0$
$k_2 + k_4 = 0$
$k_3 + k_4 = 0$ -
寻找非零解:
由上述方程组可得:
$k_1 = -k_4$
$k_2 = -k_4$
$k_3 = -k_4$
我们可以取 $k_4 = 1$(因为只需要找到一组不全为零的解即可),那么 $k_1 = -1, k_2 = -1, k_3 = -1$。
这组系数 $k_1=-1, k_2=-1, k_3=-1, k_4=1$ 不全为零,且满足原方程:
$-1\cdot\alpha_1 - 1\cdot\alpha_2 - 1\cdot\alpha_3 + 1\cdot\beta = 0$
即 $\beta = \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$。
结论:
由于存在不全为零的系数使得向量组的线性组合为零向量,因此向量组 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta$ 是线性相关的。
对应选项为 B。
解析
本题考查向量组线性相关性的判断。解题思路是根据向量组线性相关的定义,判断是否存在不全为零的常数使得向量组的线性组合为零向量。
已知向量组$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关,且$\beta=\alpha_{1}+\alpha_{2}+\alpha_{3}$。要判断向量组$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3},\beta$的线性相关性,需看是否存在不全为零的常数$k_1,k_2,k_3,k_4$,使得$k_1\alpha_1 + k_2\alpha_2 + k_3\alpha_3 + k_4\beta = 0$。
将$\beta = \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$代入上式可得:
$\begin{align*}k_1\alpha_1 + k_2\alpha_2 + k_3\alpha_3 + k_4(\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3) &= 0\\(k_1 + k_4)\alpha_1 + (k_2 + k_4)\alpha_2 + (k_3 + k_4)\alpha_3 &= 0\end{align*}$
因为向量组$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关,所以$\begin{cases}k_1 + k_4 = 0\\k_2 + k_4 = 0\\k_3 + k_4 = 0\end{cases}$,即$\begin{cases}k_1 = -k_4\\k_2 = -k_4\\k_3 = -k_4\end{cases}$。
取$k_4 = 1$,则$k_1 = -1,k_2 = -1,k_3 = -1$,这组系数$k_1=-1,k_2=-1,k_3=-1,k_4=1$不全为零,且满足$-1\cdot\alpha_1 - 1\cdot\alpha_2 - 1\cdot\alpha_3 + 1\cdot\beta = 0$。
根据向量组线性相关的定义,存在不全为零的系数使得向量组的线性组合为零向量,所以向量组$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3},\beta$线性相关。