设向量组 alpha ',(alpha )_(2),(alpha )_(3) 与 alpha ',(alpha )_(2),(alpha )_(3)均线性无关, 向量组 alpha ',(alpha )_(2),(alpha )_(3)线性相关, 则向量组 alpha ',(alpha )_(2),(alpha )_(3)A 线性相关B 极大无关组为 alpha ',(alpha )_(2),(alpha )_(3)C 秩为 3D 线性无关
设向量组
与
均线性无关, 向量组
线性相关, 则向量组 
A 线性相关
B 极大无关组为 
C 秩为 3
D 线性无关
题目解答
答案
我们需要分析向量组
的线性相关性。
根据题意,给出的条件如下:
1. 向量组
线性无关。
2. 向量组
线性无关。
3. 向量组
线性相关。
我们先看第3点:
线性相关,这意味着存在不全为零的系数
使得:

因为
线性无关,所以必然
,我们可以将上式改写为:

这意味着
可以用
线性表示。
现在考虑向量组

为了确定这个向量组是否线性无关,假设存在系数
使得:

代入
的表达式:

整理后:

因为
线性无关,所以系数必须全部为零:




从
得到
。所以
线性无关。
结论是:
D. 线性无关
解析
考查要点:本题主要考查向量组的线性相关性、线性组合以及极大无关组的概念。
解题思路:
- 利用已知条件:已知α1,α2,α3线性无关,α1,α2,α3,α4线性无关,而α1,α2,α3,α5线性相关。
- 分析α5的表达式:由α1,α2,α3,α5线性相关,可将α5表示为α1,α2,α3的线性组合。
- 代入新向量组:将α5代入α4+α5,分析向量组α1,α2,α3,α4+α5的线性相关性。
关键点:通过线性无关的定义,验证系数是否全为零,从而判断向量组的线性相关性。
条件分析
- α1,α2,α3线性无关:说明它们的秩为3,任意向量无法被其余向量线性表示。
- α1,α2,α3,α4线性无关:说明α4不能被α1,α2,α3线性表示,且秩为4。
- α1,α2,α3,α5线性相关:存在不全为零的系数,使得α5可被α1,α2,α3线性表示。
推导过程
-
表示α5:
由α1,α2,α3,α5线性相关,存在不全为零的系数$c_1,c_2,c_3,c_5$,使得
$c_1α_1 + c_2α_2 + c_3α_3 + c_5α_5 = 0.$
因为α1,α2,α3线性无关,故$c_5 \neq 0$,可解得:
$α_5 = -\frac{c_1}{c_5}α_1 - \frac{c_2}{c_5}α_2 - \frac{c_3}{c_5}α_3.$ -
分析α4+α5:
将α5代入α4+α5,得:
$α_4 + α_5 = α_4 - \frac{c_1}{c_5}α_1 - \frac{c_2}{c_5}α_2 - \frac{c_3}{c_5}α_3.$ -
验证线性无关性:
假设存在系数$k_1,k_2,k_3,k_4$,使得
$k_1α_1 + k_2α_2 + k_3α_3 + k_4(α_4 + α_5) = 0.$
代入α5的表达式,整理得:
$\left(k_1 - k_4\frac{c_1}{c_5}\right)α_1 + \left(k_2 - k_4\frac{c_2}{c_5}\right)α_2 + \left(k_3 - k_4\frac{c_3}{c_5}\right)α_3 + k_4α_4 = 0.$
因为α1,α2,α3,α4线性无关,所有系数必须为零:
$\begin{cases} k_1 - k_4\frac{c_1}{c_5} = 0, \\ k_2 - k_4\frac{c_2}{c_5} = 0, \\ k_3 - k_4\frac{c_3}{c_5} = 0, \\ k_4 = 0. \end{cases}$
由$k_4=0$,代入前三个方程得$k_1=k_2=k_3=0$,故只有零解,说明向量组线性无关。