题目
设向量组1 2-|||-A:α1= -1-|||-2 α2= -2-|||-4 ,-|||-1 -21 2-|||-A:α1= -1-|||-2 α2= -2-|||-4 ,-|||-1 -2,求向量组A的一个极大线性无关组,并将不属于极大无关组的向量用极大无关组线性表示.
设向量组
,求向量组A的一个极大线性无关组,并将不属于极大无关组的向量用极大无关组线性表示.
题目解答
答案
令
,对其进行初等行变换可得:


故向量组的秩为3,取
向量组A的一个极大线性无关组,设
,则有:
故
。
解析
步骤 1:构造矩阵并进行初等行变换
构造矩阵$M$,其列向量为向量组$A$的向量,即
$$
M = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 2 & 4 & 0 & 6 \\ 3 & 6 & -1 & 9 \end{pmatrix}
$$
对矩阵$M$进行初等行变换,化为行最简形矩阵。首先,将第二行减去第一行的两倍,第三行减去第一行的三倍,得到
$$
\begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \\ 0 & 0 & -4 & 0 \end{pmatrix}
$$
然后,将第三行除以2,得到
$$
\begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \end{pmatrix}
$$
最后,将第三行减去第二行,得到
$$
\begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
$$
步骤 2:确定极大线性无关组
从行最简形矩阵中可以看出,矩阵的秩为2,因此向量组$A$的秩也为2。选取前两列对应的向量$x_1$和$x_3$作为极大线性无关组。
步骤 3:用极大线性无关组表示其他向量
设$x_2 = a_1x_1 + a_2x_3$,$x_4 = b_1x_1 + b_2x_3$,则有
$$
\begin{pmatrix} 2 \\ 4 \\ 6 \end{pmatrix} = a_1\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 3 \end{pmatrix} + a_2\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ -1 \end{pmatrix}
$$
$$
\begin{pmatrix} 3 \\ 6 \\ 9 \end{pmatrix} = b_1\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 3 \end{pmatrix} + b_2\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ -1 \end{pmatrix}
$$
解得$a_1 = 2$,$a_2 = 0$,$b_1 = 3$,$b_2 = 0$,因此
$$
x_2 = 2x_1, \quad x_4 = 3x_1
$$
构造矩阵$M$,其列向量为向量组$A$的向量,即
$$
M = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 2 & 4 & 0 & 6 \\ 3 & 6 & -1 & 9 \end{pmatrix}
$$
对矩阵$M$进行初等行变换,化为行最简形矩阵。首先,将第二行减去第一行的两倍,第三行减去第一行的三倍,得到
$$
\begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \\ 0 & 0 & -4 & 0 \end{pmatrix}
$$
然后,将第三行除以2,得到
$$
\begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \end{pmatrix}
$$
最后,将第三行减去第二行,得到
$$
\begin{pmatrix} 1 & 2 & 1 & 3 \\ 0 & 0 & -2 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}
$$
步骤 2:确定极大线性无关组
从行最简形矩阵中可以看出,矩阵的秩为2,因此向量组$A$的秩也为2。选取前两列对应的向量$x_1$和$x_3$作为极大线性无关组。
步骤 3:用极大线性无关组表示其他向量
设$x_2 = a_1x_1 + a_2x_3$,$x_4 = b_1x_1 + b_2x_3$,则有
$$
\begin{pmatrix} 2 \\ 4 \\ 6 \end{pmatrix} = a_1\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 3 \end{pmatrix} + a_2\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ -1 \end{pmatrix}
$$
$$
\begin{pmatrix} 3 \\ 6 \\ 9 \end{pmatrix} = b_1\begin{pmatrix} 1 \\ 2 \\ 3 \end{pmatrix} + b_2\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ -1 \end{pmatrix}
$$
解得$a_1 = 2$,$a_2 = 0$,$b_1 = 3$,$b_2 = 0$,因此
$$
x_2 = 2x_1, \quad x_4 = 3x_1
$$