题目
(6)设a_(1),a_(2),a_(3),a_(4)是n维向量,a_(1),a_(2)线性无关,a_(1),a_(2),a_(3)线性相关,且 a_(1)+a_(2)+a_(4)=0,在空间直角坐标系O-xyz中,关于x,y,z的方程组 xα_(1)+yα_(2)+zα_(3)=α_(4)的几何图形是A. 过原点的一个平面B. 过原点的一条直线C. 不过原点的一个平面D. 不过原点的一条直线
(6)设$a_{1},a_{2},a_{3},a_{4}$是n维向量,$a_{1},a_{2}$线性无关,$a_{1},a_{2},a_{3}$线性相关,且 $a_{1}+a_{2}+a_{4}=0$,在空间直角坐标系O-xyz中,关于x,y,z的方程组 $xα_{1}+yα_{2}+zα_{3}=α_{4}$的几何图形是
A. 过原点的一个平面
B. 过原点的一条直线
C. 不过原点的一个平面
D. 不过原点的一条直线
题目解答
答案
D. 不过原点的一条直线
解析
考查要点:本题主要考查向量的线性相关性、线性方程组的几何意义,以及空间几何图形的判断。
解题核心思路:
- 利用线性相关性简化方程:由$a_1, a_2$线性无关,$a_1, a_2, a_3$线性相关,可知$a_3$可被$a_1, a_2$线性表示,即$a_3 = c_1 a_1 + c_2 a_2$。
- 代入方程并整理:将$a_3$和$a_4 = -a_1 -a_2$代入原方程,利用$a_1, a_2$的线性无关性,得到关于$x, y, z$的线性方程组。
- 分析解的结构:通过自由变量参数化,判断解集的几何图形为直线,并验证是否过原点。
破题关键点:
- 线性相关性的应用:通过$a_3$的表达式消元,将方程转化为关于$x, y$的线性关系。
- 几何图形的判断:解集为二维空间中的直线,但需结合常数项判断是否过原点。
条件分析
- $a_1, a_2$线性无关:说明$a_1$和$a_2$是二维空间中的一组基底。
- $a_1, a_2, a_3$线性相关:存在标量$c_1, c_2$,使得$a_3 = c_1 a_1 + c_2 a_2$。
- $a_1 + a_2 + a_4 = 0$:可得$a_4 = -a_1 - a_2$。
方程变形
将$a_3$和$a_4$代入原方程:
$x a_1 + y a_2 + z (c_1 a_1 + c_2 a_2) = -a_1 - a_2$
整理得:
$(x + z c_1 + 1) a_1 + (y + z c_2 + 1) a_2 = 0$
由于$a_1, a_2$线性无关,系数必须为零:
$\begin{cases}x + z c_1 + 1 = 0 \\y + z c_2 + 1 = 0\end{cases}$
解的结构
以$z$为自由变量,解得:
$x = -1 - z c_1, \quad y = -1 - z c_2, \quad z \in \mathbb{R}$
解集为一条直线,参数形式为:
$(x, y, z) = (-1, -1, 0) + z(-c_1, -c_2, 1)$
过原点判断
将$(0, 0, 0)$代入方程:
$0 + 0 + 0 = a_4 \implies a_4 = 0$
但$a_4 = -a_1 -a_2 \neq 0$(因$a_1, a_2$线性无关),故直线不过原点。