题目
32.(简答题,7.0分)设向量组alpha_(1),alpha_(2),alpha_(3)线性无关,试证alpha_(1),alpha_(1)+alpha_(2),alpha_(1)+alpha_(2)+alpha_(3)线性无关。
32.(简答题,7.0分)
设向量组$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关,试证$\alpha_{1},\alpha_{1}+\alpha_{2},\alpha_{1}+\alpha_{2}+\alpha_{3}$线性无关。
题目解答
答案
设向量组 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 线性无关,考虑向量组 $\alpha_1, \alpha_1 + \alpha_2, \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$。假设存在标量 $k_1, k_2, k_3$,使得
$k_1 \alpha_1 + k_2 (\alpha_1 + \alpha_2) + k_3 (\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3) = 0.$
展开并合并同类项,得
$(k_1 + k_2 + k_3) \alpha_1 + (k_2 + k_3) \alpha_2 + k_3 \alpha_3 = 0.$
由于 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 线性无关,系数必须全为零,即
$\begin{cases}k_1 + k_2 + k_3 = 0, \\k_2 + k_3 = 0, \\k_3 = 0.\end{cases}$
解得 $k_1 = k_2 = k_3 = 0$。因此,原向量组线性无关。
结论: 向量组 $\alpha_1, \alpha_1 + \alpha_2, \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$ 线性无关。
解析
本题考查向量组线性无关的定义及证明方法。解题的关键思路是根据向量组线性无关的定义,设出线性组合等于零的等式,然后通过合并同类项,利用已知向量组的线性无关性得到关于系数的方程组,最后求解方程组判断系数是否全为零。
- 设存在标量 $k_1,k_2,k_3$,使得 $k_1\alpha_1 + k_2(\alpha_1 + \alpha_2)+k_3(\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3)=0$。
- 对等式进行展开并合并同类项:
- $k_1\alpha_1 + k_2(\alpha_1 + \alpha_2)+k_3(\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3)=k_1\alpha_1 + k_2\alpha_1 + k_2\alpha_2 + k_3\alpha_1 + k_3\alpha_2 + k_3\alpha_3$。
- 合并同类项后得到 $(k_1 + k_2 + k_3)\alpha_1+(k_2 + k_3)\alpha_2 + k_3\alpha_3 = 0$。
- 因为已知向量组 $\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3$ 线性无关,根据向量组线性无关的定义,若 $c_1\alpha_1 + c_2\alpha_2 + c_3\alpha_3 = 0$,则 $c_1 = c_2 = c_3 = 0$。
- 所以对于 $(k_1 + k_2 + k_3)\alpha_1+(k_2 + k_3)\alpha_2 + k_3\alpha_3 = 0$,可得方程组 $\begin{cases}k_1 + k_2 + k_3 = 0\\k_2 + k_3 = 0\\k_3 = 0\end{cases}$。
- 求解方程组:
- 由 $k_3 = 0$,将其代入 $k_2 + k_3 = 0$,可得 $k_2+0 = 0$,解得 $k_2 = 0$。
- 再将 $k_2 = 0$,$k_3 = 0$ 代入 $k_1 + k_2 + k_3 = 0$,可得 $k_1+0 + 0 = 0$,解得 $k_1 = 0$。
- 综上,解得 $k_1 = k_2 = k_3 = 0$。
- 根据向量组线性无关的定义,若只有当 $k_1 = k_2 = k_3 = 0$ 时,$k_1\alpha_1 + k_2(\alpha_1 + \alpha_2)+k_3(\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3)=0$ 才成立,则向量组 $\alpha_1,\alpha_1 + \alpha_2,\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$ 线性无关。