6.(填空题,4.0分)若}x_{1)+x_(2)+lambda x_(3)=0x_(1)+lambda x_(2)+x_(3)=0x_(1)+2x_(2)+2x_(3)=0.有非零解,则λ=____.
题目解答
答案
将方程组写成矩阵形式 $A\mathbf{x} = \mathbf{0}$,其中
$A = \begin{pmatrix} 1 & 1 & \lambda \\ 1 & \lambda & 1 \\ 1 & 2 & 2 \end{pmatrix}.$
为使方程组有非零解,系数矩阵 $A$ 的行列式必须为零,即 $\det(A) = 0$。
计算行列式:
$\det(A) = \begin{vmatrix} 1 & 1 & \lambda \\ 1 & \lambda & 1 \\ 1 & 2 & 2 \end{vmatrix}.$
按第一行展开得:
$\det(A) = 1 \cdot \begin{vmatrix} \lambda & 1 \\ 2 & 2 \end{vmatrix} - 1 \cdot \begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 2 \end{vmatrix} + \lambda \cdot \begin{vmatrix} 1 & \lambda \\ 1 & 2 \end{vmatrix}.$
计算二阶行列式:
$\begin{vmatrix} \lambda & 1 \\ 2 & 2 \end{vmatrix} = 2\lambda - 2,$
$\begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 2 \end{vmatrix} = 1 \cdot 2 - 1 \cdot 1 = 1,$
$\begin{vmatrix} 1 & \lambda \\ 1 & 2 \end{vmatrix} = 1 \cdot 2 - \lambda \cdot 1 = 2 - \lambda.$
代入得:
$\det(A) = 1 \cdot (2\lambda - 2) - 1 \cdot 1 + \lambda \cdot (2 - \lambda) = 2\lambda - 2 - 1 + 2\lambda - \lambda^2 = -\lambda^2 + 4\lambda - 3.$
令 $\det(A) = 0$,解方程:
$-\lambda^2 + 4\lambda - 3 = 0 \implies \lambda^2 - 4\lambda + 3 = 0 \implies (\lambda - 1)(\lambda - 3) = 0.$
解得 $\lambda = 1$ 或 $\lambda = 3$。
答案: $\lambda = 1$ 或 $\lambda = 3$。
解析
考查要点:本题主要考查齐次线性方程组有非零解的条件,即系数矩阵的行列式必须为零。需要掌握行列式的计算方法及二次方程的求解。
解题思路:
- 构造系数矩阵:将方程组写成矩阵形式 $A\mathbf{x} = \mathbf{0}$。
- 行列式条件:方程组有非零解的充要条件是 $\det(A) = 0$。
- 计算行列式:通过展开式或行变换计算行列式。
- 解方程:令行列式等于零,解关于 $\lambda$ 的二次方程。
关键点:
- 行列式展开:按第一行展开,注意符号交替。
- 二次方程分解:正确分解 $\lambda^2 - 4\lambda + 3 = 0$。
将方程组写成矩阵形式:
$A = \begin{pmatrix} 1 & 1 & \lambda \\ 1 & \lambda & 1 \\ 1 & 2 & 2 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{x} = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix}, \quad \mathbf{0} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}.$
行列式计算:
$\det(A) = \begin{vmatrix} 1 & 1 & \lambda \\ 1 & \lambda & 1 \\ 1 & 2 & 2 \end{vmatrix}.$
按第一行展开:
$\det(A) = 1 \cdot \begin{vmatrix} \lambda & 1 \\ 2 & 2 \end{vmatrix} - 1 \cdot \begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 2 \end{vmatrix} + \lambda \cdot \begin{vmatrix} 1 & \lambda \\ 1 & 2 \end{vmatrix}.$
计算二阶行列式:
- $\begin{vmatrix} \lambda & 1 \\ 2 & 2 \end{vmatrix} = 2\lambda - 2$,
- $\begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 1 & 2 \end{vmatrix} = 1$,
- $\begin{vmatrix} 1 & \lambda \\ 1 & 2 \end{vmatrix} = 2 - \lambda$。
代入展开式:
$\det(A) = 1 \cdot (2\lambda - 2) - 1 \cdot 1 + \lambda \cdot (2 - \lambda) = -\lambda^2 + 4\lambda - 3.$
解方程:
$-\lambda^2 + 4\lambda - 3 = 0 \implies \lambda^2 - 4\lambda + 3 = 0 \implies (\lambda - 1)(\lambda - 3) = 0.$
解得:
$\lambda = 1 \quad \text{或} \quad \lambda = 3.$