题目
某五元齐次线性方程组的系数矩阵经初等行变换化为 } 1 & -2 & 2 & 1 & -4 0 & 0 & 1 & 4 & -2 0 & 0 & 3 & 0 & 0 ,则选取自由变量不能是 A x_1, x_5; B x_2, x_5; C x_4, x_5; D x_2, x_4.
某五元齐次线性方程组的系数矩阵经初等行变换化为 $\begin{pmatrix} 1 & -2 & 2 & 1 & -4 \\ 0 & 0 & 1 & 4 & -2 \\ 0 & 0 & 3 & 0 & 0 \end{pmatrix}$,则选取自由变量不能是
A $x_1, x_5$;
B $x_2, x_5$;
C $x_4, x_5$;
D $x_2, x_4$.
题目解答
答案
为了确定哪些变量不能作为自由变量,我们需要分析给定的系数矩阵及其行阶梯形式。系数矩阵为:
\[
\left(\begin{matrix}1&-2&2&1&-4\\0&0&1&4&-2\\0&0&3&0&0\end{matrix}\right)
\]
首先,我们通过执行行操作进一步简化矩阵。我们可以将第三行替换为第三行减去第三行的三倍:
\[
\left(\begin{matrix}1&-2&2&1&-4\\0&0&1&4&-2\\0&0&0&-12&6\end{matrix}\right)
\]
接下来,我们可以将第三行除以-12:
\[
\left(\begin{matrix}1&-2&2&1&-4\\0&0&1&4&-2\\0&0&0&1&-1/2\end{matrix}\right)
\]
现在,我们可以使用第三行消除第二行和第一行中的 $x_4$ 项。将第二行替换为第二行减去第三行的四倍:
\[
\left(\begin{matrix}1&-2&2&1&-4\\0&0&1&0&0\\0&0&0&1&-1/2\end{matrix}\right)
\]
然后,将第一行替换为第一行减去第三行:
\[
\left(\begin{matrix}1&-2&2&0&-7/2\\0&0&1&0&0\\0&0&0&1&-1/2\end{matrix}\right)
\]
最后,将第一行替换为第一行减去第二行的两倍:
\[
\left(\begin{matrix}1&-2&0&0&-7/2\\0&0&1&0&0\\0&0&0&1&-1/2\end{matrix}\right)
\]
矩阵现在处于行阶梯形式,我们可以写出对应的方程组:
\[
\begin{cases}
x_1 - 2x_2 - \frac{7}{2}x_5 = 0 \\
x_3 = 0 \\
x_4 - \frac{1}{2}x_5 = 0
\end{cases}
\]
从这个方程组中,我们可以将 $x_1$,$x_3$ 和 $x_4$ 表示为 $x_2$ 和 $x_5$ 的函数:
\[
\begin{cases}
x_1 = 2x_2 + \frac{7}{2}x_5 \\
x_3 = 0 \\
x_4 = \frac{1}{2}x_5
\end{cases}
\]
这里,$x_2$ 和 $x_5$ 是自由变量。然而,我们需要确定哪些变量不能作为自由变量。从行阶梯形式中,我们看到 $x_1$,$x_3$ 和 $x_4$ 是主变量(每行的领先变量),而 $x_2$ 和 $x_5$ 是自由变量。因此,任何包含 $x_3$ 的变量对都不能作为自由变量,因为 $x_3$ 是主变量。
现在,让我们检查选项:
A. $x_1, x_5$ - $x_1$ 是主变量,所以这个对不能作为自由变量。
B. $x_2, x_5$ - $x_2$ 和 $x_5$ 都是自由变量,所以这个对可以作为自由变量。
C. $x_4, x_5$ - $x_4$ 是主变量,所以这个对不能作为自由变量。
D. $x_2, x_4$ - $x_4$ 是主变量,所以这个对不能作为自由变量。
由于 $x_3$ 是主变量,任何包含 $x_3$ 的变量对都不能作为自由变量。然而,问题中没有 $x_3$ 的选项,所以唯一不包含 $x_3$ 但包含其他主变量( $x_1$ 或 $x_4$)的对是 $x_1, x_5$, $x_4, x_5$ 和 $x_2, x_4$。
因此,正确答案是:
\[
\boxed{C}
\]
因为 $x_4$ 是主变量,所以 $x_4$ 和 $x_5$ 不能作为自由变量。