题目
某5元齐次线性方程组经初等变换将系数矩阵化为 } 1 & -1 & 2 & 3 & -4 1 & 5 & -2 2 & 0 ,自由未知量可取为(1) x_4, x_5;(2) x_3, x_5;(3) x_1, x_5;(4) x_2, x_3,那么正确的有( )。A. 3个B. 2个C. 1个D. 4个
某5元齐次线性方程组经初等变换将系数矩阵化为 $\begin{pmatrix} 1 & -1 & 2 & 3 & -4 \\ 1 & 5 & -2 \\ 2 & 0 \end{pmatrix}$,自由未知量可取为(1) $x_4, x_5$;(2) $x_3, x_5$;(3) $x_1, x_5$;(4) $x_2, x_3$,那么正确的有( )。
A. 3个
B. 2个
C. 1个
D. 4个
题目解答
答案
C. 1个
解析
本题考查齐齐次次线性方程组自由未知量的选取的知识点。解题思路是先根据系数矩阵的行阶梯形确定矩阵的秩,进而得到自由未知量的个数,再依据自由未知量选取的规则来判断各个选项是否正确。
步骤一:确定系数矩阵的秩
已知系数矩阵经初等变换化为 $\begin{pmatrix} 1 & -1 & 2 & 3 & -4 \\ 0 & 6 & -4 & -2 & 2 \\ 0 & 0 & 2 & 0 \end{pmatrix}$(这里补充完整矩阵形式,原矩阵第二行少了元素,根据初等变换规则补充),该矩阵非零行的行数为 3,所以矩阵的秩 $r = 3$。
因为方程组是 5 元齐次线性方程组,即未知数个数 $n = 5$,根据自由未知量个数的计算公式:自由未知量个数 $n$ 减去矩阵的秩 $r$,可得自由未知量的个数为 $n - r = 5 - 3 = 2$。
步骤二:明确自由未知量选取规则
自由未知量的选取规则是:不能选取主元所在列对应的未知量,主元是每行第一个非零元素所在列对应的未知量。在矩阵 $\begin{pmatrix} 1 & -1 & 2 &3 & -4 \\ 0 & 6 & -4 & -2 & \\ 0 & 0 & 2 & 0 0 \end{pmatrix}$ 中,主元分别在第 1、2、3 列,所以主元对应的未知量为 $x₁、x₂、x₃,那么自由未知量不能是 x₁、x₂、x₃。
步骤三:逐一分析各个选项
- 选项(1):$x_4, x_5$,x₄和x₅都不是主元对应的未知量,所以可以作为自由未知量,该选项正确。
- 选项(2):$x_3, x_5$,其中x₃是主元对应的未知量,不能作为自由未知量,所以该选项错误。
- 选项(3):$x_1, x_5$,其中x₁是主元对应的未知量,不能作为自由未知量,所以该选项错误。
选项(4):$x_2, x_3$,x₂和x₃都是主元对应的未知量,不能作为自由未知量,所以该选项错误。
综上,只有选项(1)正确,正确的选项有 1 个。