题目
证明:在n维向量空间中,如果α1.α2……αn线性无关,则任一向量β可以由α1.α2……αn线性表示
证明:在n维向量空间中,如果α1.α2……αn线性无关,则任一向量β可以由α1.α2……αn线性表示
题目解答
答案
在n维向量空间中,任意n+1个向量线性相关,所以α1.α2……αn,β线性相关,设c1*α1+c2*α2……+cn*αn+c*β=0(其中c1,…cn,c不全为0)若c=0,则可得α1.α2……αn线性相关,矛盾!所以c不为0,对上式变形即可知道β=-(c1/c)*α1-(c2/c)*α2……-(cn/c)*αn即β可以由α1.α2……αn线性表示
解析
考查要点:本题主要考查向量组的线性相关性及基的性质,需要理解在n维向量空间中,任意n个线性无关的向量构成基,从而能线性表示任意向量。
解题核心思路:
- 利用线性相关性的判定:在n维空间中,若向量组元素个数超过维数,则必然线性相关。
- 通过矛盾排除法:假设存在无法被表示的向量β,将其与原向量组合并后分析线性相关性,推导出矛盾,从而证明β必可被表示。
破题关键点:
- 添加β后向量组的线性相关性:原向量组α₁,α₂,…,αₙ线性无关,但加入β后总个数为n+1,必线性相关。
- 系数分析:通过线性组合方程中系数是否为零,排除矛盾情况,最终解出β的表达式。
步骤1:构造扩展向量组
在n维向量空间中,原向量组α₁,α₂,…,αₙ线性无关。若添加任意向量β,得到新向量组α₁,α₂,…,αₙ,β。由于n+1个向量在n维空间中必线性相关,因此存在不全为零的系数c₁,c₂,…,cₙ,c,使得:
$c_1\alpha_1 + c_2\alpha_2 + \cdots + c_n\alpha_n + c\beta = 0$
步骤2:分析系数c是否为零
- 若c=0:方程变为$c_1\alpha_1 + \cdots + c_n\alpha_n = 0$。由于α₁,…,αₙ线性无关,必有$c_1=\cdots=c_n=0$,但此时所有系数均为零,与“不全为零”矛盾。
- 因此c≠0,否则会导致矛盾。
步骤3:解出β的表达式
将方程变形为:
$c\beta = -\left(c_1\alpha_1 + c_2\alpha_2 + \cdots + c_n\alpha_n\right)$
两边同除以c(c≠0),得:
$\beta = -\frac{c_1}{c}\alpha_1 - \frac{c_2}{c}\alpha_2 - \cdots - \frac{c_n}{c}\alpha_n$
这表明β可由α₁,α₂,…,αₙ线性表示。