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数学
题目

对于线性方程组 λx1+x2+x3=λ-3 x1+λx2+x3=-2 x1+x2+x3=-2 ,讨论λ取何值时,方程组无解,有唯一解和无穷多解,在方程组有无穷多解时,试用其导出组的基础解系表示全部解.

对于线性方程组
λx1+x2+x3=λ-3
x1+λx2+x3=-2
x1+x2+x3=-2
,讨论λ取何值时,方程组无解,有唯一解和无穷多解,在方程组有无穷多解时,试用其导出组的基础解系表示全部解.

题目解答

答案

对方程组的增广矩阵做初等行变换,化成行阶梯形矩阵:
.
A
=
λ 1 1 λ-3
1 λ 1 -2
1 1 λ -2
r1↔r3,r2-r1,r3-λr1
1 1 λ -2
0 λ-1 1-λ 0
0 1-λ 1-λ2 3(λ-1)
r3+r2
1 1 λ -2
0 λ-1 1-λ 0
0 0 -(λ+2)(λ-1) 3(λ-1)
,
∴
①当λ≠-2且λ≠1时,由于 r(A)=r(
.
A
)=3
.此时,方程组有唯一解.
②当λ=-2时,由于 r(A)=2<3=r(
.
A
)
.此时,方程组无解.
③当λ=1时,由于 r(A)=r(
.
A
)=1<3
.此时,方程组有无穷多解,并且此时:
.
A
=
1 1 1 -2
0 0 0 0
0 0 0 0
,
取x 2和x 3为为它的自由变量,则:
x 1=-2-x 2-x 3
令:x 2=x 3=0,解得方程组的一特
η*=
-2
0
0
,
又与原方程组的导出组同解的方程组为:
x 1=-x 2-x 3
令
x2
x3
=
1
0
和
0
1

解得导出组的基础解系 η1=
-1
1
0
,η2=
-1
0
1

∴此时,方程组的通解为
X=c1η1+c2η2+η*= c1
-1
1
0
+c2
-1
0
1
+
-2
0
0
,其中c 1,c 2为任意常数.

解析

步骤 1:对增广矩阵进行初等行变换
对方程组的增广矩阵做初等行变换,化成行阶梯形矩阵:
.
A
=
λ
1
1
λ-3
1
λ
1
-2
1
1
λ
-2
r1↔r3,r2-r1,r3-λr1

1
1
λ
-2
0
λ-1
1-λ
0
0
1-λ
1-λ2
3(λ-1)
r3+r2

1
1
λ
-2
0
λ-1
1-λ
0
0
0
-(λ+2)(λ-1)
3(λ-1)
步骤 2:讨论λ的取值
①当λ≠-2且λ≠1时,由于 r(A)=r(
.
A
)=3.此时,方程组有唯一解.
②当λ=-2时,由于 r(A)=2<3=r(
.
A
).此时,方程组无解.
③当λ=1时,由于 r(A)=r(
.
A
)=1<3.此时,方程组有无穷多解,并且此时:
.
A
=
1
1
1
-2
0
0
0
0
0
0
0
0
,
取x _2和x _3为为它的自由变量,则:
x _1=-2-x _2-x _3
令:x _2=x _3=0,解得方程组的一特
η*=
-2
0
0
,
又与原方程组的导出组同解的方程组为:
x _1=-x _2-x _3
令
x2
x3
=
1
0
和
0
1
解得导出组的基础解系 η1=
-1
1
0
,η2=
-1
0
1
步骤 3:写出方程组的通解
∴此时,方程组的通解为
X=c1η1+c2η2+η*= c1
-1
1
0
+c2
-1
0
1
+
-2
0
0
,其中c _1,c _2为任意常数.

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