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数学
题目

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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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

  1. 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:
    $α_5 = -\frac{c_1}{c_5}α_1 - \frac{c_2}{c_5}α_2 - \frac{c_3}{c_5}α_3.$

  2. 分析α4+α5:
    将α5代入α4+α5,得:
    $α_4 + α_5 = α_4 - \frac{c_1}{c_5}α_1 - \frac{c_2}{c_5}α_2 - \frac{c_3}{c_5}α_3.$

  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。

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