题目
50.单选题(1分) 方程x_(1)+x_(2)-x_(3)=1的通解是() A. (1,0,0)^T+k_(1)(-1,1,0)^T+k_(2)(1,0,1)^T,k_(1)k_(2)in R; B. (1,0,0)^T+k_(1)(0,1,0)^T+k_(2)(2,0,1)^T,k_(1)k_(2)in R; C. k(1,0,0)^T+(0,1,0)^T+(2,0,1)^T,kin R; D. 以上都不对.
50.单选题(1分) 方程$x_{1}+x_{2}-x_{3}=1$的通解是()
A. $(1,0,0)^{T}+k_{1}(-1,1,0)^{T}+k_{2}(1,0,1)^{T},k_{1}k_{2}\in R;$
B. $(1,0,0)^{T}+k_{1}(0,1,0)^{T}+k_{2}(2,0,1)^{T},k_{1}k_{2}\in R;$
C. $k(1,0,0)^{T}+(0,1,0)^{T}+(2,0,1)^{T},k\in R;$
D. 以上都不对.
A. $(1,0,0)^{T}+k_{1}(-1,1,0)^{T}+k_{2}(1,0,1)^{T},k_{1}k_{2}\in R;$
B. $(1,0,0)^{T}+k_{1}(0,1,0)^{T}+k_{2}(2,0,1)^{T},k_{1}k_{2}\in R;$
C. $k(1,0,0)^{T}+(0,1,0)^{T}+(2,0,1)^{T},k\in R;$
D. 以上都不对.
题目解答
答案
为了找到方程 $x_1 + x_2 - x_3 = 1$ 的通解,我们需要将一个变量表示为其他变量的函数,然后用参数表示解。
1. **将 $x_3$ 表示为 $x_1$ 和 $x_2$ 的函数:**
\[
x_3 = x_1 + x_2 - 1
\]
2. **用参数表示 $x_1$ 和 $x_2$:**
设 $x_1 = s$ 和 $x_2 = t$,其中 $s$ 和 $t$ 是任意实数。那么,
\[
x_3 = s + t - 1
\]
3. **写出解的向量形式:**
解向量 $\mathbf{x}$ 可以写为:
\[
\mathbf{x} = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} s \\ t \\ s + t - 1 \end{pmatrix}
\]
4. **将解向量分解为特解和齐次解:**
我们可以将 $\mathbf{x}$ 写为一个特解和齐次解的线性组合。一个特解是当 $s = 1$ 和 $t = 0$ 时得到的:
\[
\mathbf{x}_p = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}
\]
齐次解是方程 $x_1 + x_2 - x_3 = 0$ 的解。设 $x_1 = s$ 和 $x_2 = t$,那么 $x_3 = s + t$。齐次解可以写为:
\[
\mathbf{x}_h = \begin{pmatrix} s \\ t \\ s + t \end{pmatrix} = s \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} + t \begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}
\]
然而,我们需要找到一个与给定选项匹配的基。注意,向量 $\begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix}$ 可以表示为 $\begin{pmatrix} -1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}$ 和 $\begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}$ 的线性组合:
\[
\begin{pmatrix} 0 \\ 1 \\ 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}
\]
因此,齐次解可以写为:
\[
\mathbf{x}_h = k_1 \begin{pmatrix} -1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} + k_2 \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}
\]
其中 $k_1$ 和 $k_2$ 是任意实数。
5. **合并特解和齐次解:**
通解是:
\[
\mathbf{x} = \mathbf{x}_p + \mathbf{x}_h = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix} + k_1 \begin{pmatrix} -1 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} + k_2 \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}
\]
因此,正确答案是:
\[
\boxed{A}
\]
解析
本题本题考察非齐次线性方程组的通解结构:通解=特解+齐次线性方程组的基础解系的线性组合。
步骤1:确定方程类型及变量关系
方程$x_1 + x_2 - x_3 = 1$是三元一次非齐次线性方程组,未知数个数$n=3$,系数矩阵的秩$r=1$(仅一行非零),故齐次解的维数为$n-r=2$,通解中应含两个自由参数。
步骤2:求特解
特解是满足方程的任意一组解,取$x_1=1,x_2=0$,代入得$x_3=1+0-1=0$,故特解为$(1,0,0)^T$,与选项A、B一致,排除C(C中$k(1,0,0)^T$不是特解形式)。
步骤3:求齐次解(对应齐次方程$x_1+x_2-x_3=0$的基础解)
齐次方程的通解需两个线性无关的解向量(因维数$2$):
- 设$x_3=x_1+x_2$,设$x_1=s,x_2=t$,则$x_3=s+t$,解向量为$(s,t,s+t)^T=s(1,0,1)^T+t(0,1,1)^T$,即基础解系为$(1,0,1)^T$和$(0,1,1)^T$。
选项A的齐次解:$k_1(-1,1,0)^T+k_2(1,0,1)^T$,验证是否线性无关且满足齐次方程:
- 线性无关:行列式$\begin{vmatrix}-1&-1\\0&1\end{vmatrix}=1\neq0$,无关;
- 代入齐次方程:$-k_1+_2-0= -k_1+k_1=0$,$1+0-k_2=1+0-k_2=0$?不,$k_2(1,0,1)^T$满足$1+0-1=0$,$k_1(-1,1,0)^T$满足$-1+1-0=0$,均满足,故是齐次解。
步骤4:验证选项A的通解
通解$(1,0,0)^T+k_1(-1,1,0)^T+k_2(1,0,1)^T$,代入原方程:
$(1-k_1+k_2)+(0+k_1+0)-(0+0+k_2)=1-k_1+k_2+k_1-k_2=1$,满足方程,正确。
排除其他选项
- B:齐次解$k_1(0,1,0)^T+k_2(2,0,1)^T$,$k_2(2,0,1)^T$满足$2+0-1=1\neq0$,非齐次解,错误;
- C:形式错误($k(1,0,0)^T$不是特解,而是齐次解与特解的错误组合);
- D:因A正确,排除。