24.主观题(10分)设向量组alpha_(1),alpha_(2),alpha_(3)线性无关,且beta=k_(1)alpha_(1)+k_(2)alpha_(2)+k_(3)alpha_(3)证明:若k_(1)neq0,则向量组beta,alpha_(2),alpha_(3)也线性无关
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查向量组线性无关性的证明方法,需要利用线性组合的性质和线性无关的定义进行推导。
解题核心思路:
要证明向量组$\beta, \alpha_2, \alpha_3$线性无关,需假设它们的线性组合等于零向量,进而推导出所有系数均为零。关键在于将$\beta$代入后,利用$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$线性无关的条件,通过方程组求解系数。
破题关键点:
- 代入$\beta$的表达式,展开线性组合;
- 整理后利用$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$线性无关,得到系数方程组;
- 结合$k_1 \neq 0$,逐步解出所有系数为零。
步骤1:假设线性组合为零
设存在实数$\lambda_1, \lambda_2, \lambda_3$,使得:
$\lambda_1 \beta + \lambda_2 \alpha_2 + \lambda_3 \alpha_3 = 0$
步骤2:代入$\beta$的表达式
将$\beta = k_1 \alpha_1 + k_2 \alpha_2 + k_3 \alpha_3$代入上式,得:
$\lambda_1 (k_1 \alpha_1 + k_2 \alpha_2 + k_3 \alpha_3) + \lambda_2 \alpha_2 + \lambda_3 \alpha_3 = 0$
步骤3:整理同类项
展开并合并同类项:
$\lambda_1 k_1 \alpha_1 + (\lambda_1 k_2 + \lambda_2) \alpha_2 + (\lambda_1 k_3 + \lambda_3) \alpha_3 = 0$
步骤4:利用$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$线性无关
由于$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$线性无关,其系数必须全为零:
$\begin{cases}\lambda_1 k_1 = 0 \\\lambda_1 k_2 + \lambda_2 = 0 \\\lambda_1 k_3 + \lambda_3 = 0\end{cases}$
步骤5:解方程组
- 由第一式:$k_1 \neq 0 \implies \lambda_1 = 0$
- 代入第二式:$\lambda_2 = 0$
- 代入第三式:$\lambda_3 = 0$
结论:$\lambda_1 = \lambda_2 = \lambda_3 = 0$,故$\beta, \alpha_2, \alpha_3$线性无关。