设向量β=(2,1,b)T可以向量组α1=(1,1,1)T,α2=(2,3,a)T线性表出,则数a,b满足关系式( ). A.a-b=4B.a-b=0C.a+b=4D.a+b=0E.a+b=-4
设向量β=(2,1,b)T可以向量组α1=(1,1,1)T,α2=(2,3,a)T线性表出,则数a,b满足关系式( ).
- A.a-b=4
- B.a-b=0
- C.a+b=4
- D.a+b=0
- E.a+b=-4
题目解答
答案


解析
考查要点:本题主要考查向量组的线性表出条件,即非齐次线性方程组有解的判定条件。关键在于通过增广矩阵的行变换,确定参数间的关系。
解题思路:将向量β表示为α₁和α₂的线性组合,转化为线性方程组求解问题。通过构造增广矩阵并进行行变换,判断方程组何时有解,从而得到a与b的关系。
破题关键:通过行变换将增广矩阵化为阶梯形,最后一行的常数项必须为0,才能保证方程组有解,由此建立方程求解a和b的关系。
设存在实数$x_1, x_2$,使得$x_1\alpha_1 + x_2\alpha_2 = \beta$,即:
$\begin{cases}x_1 + 2x_2 = 2 \\x_1 + 3x_2 = 1 \\x_1 + a x_2 = b\end{cases}$
构造增广矩阵并进行行变换:
$\left[\begin{array}{cc|c}1 & 2 & 2 \\1 & 3 & 1 \\1 & a & b\end{array}\right]$
-
消去第一列下方元素:
- 第二行减去第一行:$R2 \leftarrow R2 - R1$,得 $0 \quad 1 \quad -1$;
- 第三行减去第一行:$R3 \leftarrow R3 - R1$,得 $0 \quad (a-2) \quad (b-2)$。
此时矩阵为:
$\left[\begin{array}{cc|c} 1 & 2 & 2 \\ 0 & 1 & -1 \\ 0 & a-2 & b-2 \end{array}\right]$ -
消去第二列下方元素:
- 第三行减去$(a-2)$倍第二行:$R3 \leftarrow R3 - (a-2)R2$,得:
$0 \quad 0 \quad (b-2) + (a-2) \cdot 1 = a + b -4$
最终增广矩阵为:
$\left[\begin{array}{cc|c} 1 & 2 & 2 \\ 0 & 1 & -1 \\ 0 & 0 & a + b -4 \end{array}\right]$ - 第三行减去$(a-2)$倍第二行:$R3 \leftarrow R3 - (a-2)R2$,得:
-
方程组有解的条件:最后一行对应方程$0 \cdot x_1 + 0 \cdot x_2 = a + b -4$必须成立,即:
$a + b -4 = 0 \quad \Rightarrow \quad a + b = 4$