若 n 维列向量 alpha_1, alpha_2, ..., alpha_9 是一组两两正交的非零向量,则( )。A. alpha_1, alpha_2, ..., alpha_9 线性无关;B. alpha_1 alpha_2 neq 0;C. alpha_1, alpha_2, ..., alpha_9 线性相关;D. alpha_1 alpha_2^T = 0.
A. $\alpha_1, \alpha_2, \cdots, \alpha_9$ 线性无关;
B. $\alpha_1 \alpha_2 \neq 0$;
C. $\alpha_1, \alpha_2, \cdots, \alpha_9$ 线性相关;
D. $\alpha_1 \alpha_2^T = 0$.
题目解答
答案
解析
本题主要考察两两正交的非零向量组的性质,包括线性相关性、内积运算等知识点,具体分析如下:
1. 选项A:$\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_9$线性无关
两两正交的非零向量组必线性无关,证明如下:
假设存在常数$k_1,k_2,\cdots,k_9$使得
$k_1\alpha_1 + k_2\alpha_2 + \cdots + k_9\alpha_9 = 0$
两边同时左乘$\alpha_i^T$(向量内积),得
$k_1\alpha_i^T\alpha_1 + \cdots + k_i\alpha_i^T\alpha_i + \cdots + k_9\alpha_i^T\alpha_9 = \alpha_i^T0 = 0$
因向量两两正交,$\alpha_i^T\alpha_j=0$($i\neq j$),故上式简化为
$k_i\alpha_i^T\alpha_i = 0$
又因$\alpha_i$非零,$\alpha_i^T\alpha_i = \|\alpha_i\|^2 > 0$,故$k_i=0$($\forall i=1,\cdots,9$),即向量组线性无关。选项A正确。
2. 选项B:$\alpha_1\alpha_2\neq0$
$\alpha_1\alpha_2$的表述不明确:若为内积$\alpha_1^T\alpha_2$,两两正交则内积为0,矛盾;若为矩阵乘积($\alpha_1$列向量乘$\alpha_2$列向量),结果是$n\times n$矩阵,非零矩阵与数值0无法比较,表述错误。选项B错误。
3. 选项C:$\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_9$线性相关
$n$维向量空间的维数为$n$,任意$n+1$个向量必线性相关,但题目未限定$n$与9的关系:
- 若$n\geq9$,9个线性无关向量存在(如标准正交基);
- 若$n<9$,9个向量必线性相关。
题目仅说“$n$维列向量”,未限定$n<9$,故“必线性相关”不成立。选项C错误。
4. 选项D:$\alpha_1\alpha_2^T=0$
$\alpha_1\alpha_2^T$是$n\times n$矩阵(列向量乘行向量),两两正交指内积$\alpha_1^T\alpha_2=0$,而非矩阵乘积为零矩阵。例如$\alpha_1=(1,0)^T,\alpha_2=(0,1)^T$,则$\alpha_1\alpha_2^T=\begin{pmatrix}0&1\\0&0\end{pmatrix}\neq0$。选项D错误。