题目
已知两个线性变换: ) (y)_(1)=2(x)_(1)+(x)_(2) (y)_(2)=3(x)_(1)-(x)_(2)+2(x)_(3) (y)_(3)=4(x)_(1)+2(x)_(2)-(x)_(3) .间的线性关系式.
已知两个线性变换:

试用矩阵方法求出变量
与变量
间的线性关系式.
题目解答
答案
由题目已知线性变换用矩阵表示可得:


由此可得:

于是变量
与变量
间的线性关系式为:

故答案为:
.
解析
考查要点:本题主要考查线性变换的矩阵表示以及矩阵乘法的应用,要求通过两个线性变换的合成,找到变量$z$与$x$之间的直接线性关系。
解题核心思路:
- 矩阵表示:将两个线性变换分别表示为矩阵$A$($y$关于$x$)和$B$($z$关于$y$)。
- 矩阵乘法:通过计算合成矩阵$C = B \cdot A$,得到$z$关于$x$的直接变换关系。
- 关键点:明确线性变换的合成顺序(先$A$后$B$,对应矩阵乘法顺序为$B \cdot A$)。
步骤1:写出两个线性变换的矩阵
- 第一个变换($y$关于$x$)的矩阵$A$为:
$A = \begin{pmatrix} 2 & 1 & 0 \\ 3 & -1 & 2 \\ 4 & 2 & -1 \end{pmatrix}$ - 第二个变换($z$关于$y$)的矩阵$B$为:
$B = \begin{pmatrix} 1 & 2 & -1 \\ 2 & -2 & 2 \\ 1 & -3 & -4 \end{pmatrix}$
步骤2:计算合成矩阵$C = B \cdot A$
通过矩阵乘法规则,逐元素计算$C$的每个元素:
- 第一行:
- $C_{11} = 1 \cdot 2 + 2 \cdot 3 + (-1) \cdot 4 = 4$
- $C_{12} = 1 \cdot 1 + 2 \cdot (-1) + (-1) \cdot 2 = -3$
- $C_{13} = 1 \cdot 0 + 2 \cdot 2 + (-1) \cdot (-1) = 5$
- 第二行:
- $C_{21} = 2 \cdot 2 + (-2) \cdot 3 + 2 \cdot 4 = 6$
- $C_{22} = 2 \cdot 1 + (-2) \cdot (-1) + 2 \cdot 2 = 8$
- $C_{23} = 2 \cdot 0 + (-2) \cdot 2 + 2 \cdot (-1) = -6$
- 第三行:
- $C_{31} = 1 \cdot 2 + (-3) \cdot 3 + (-4) \cdot 4 = -23$
- $C_{32} = 1 \cdot 1 + (-3) \cdot (-1) + (-4) \cdot 2 = -4$
- $C_{33} = 1 \cdot 0 + (-3) \cdot 2 + (-4) \cdot (-1) = -2$
最终合成矩阵为:
$C = \begin{pmatrix} 4 & -3 & 5 \\ 6 & 8 & -6 \\ -23 & -4 & -2 \end{pmatrix}$
步骤3:写出$z$与$x$的线性关系式
根据矩阵$C$,直接写出方程:
$\begin{cases}z_1 = 4x_1 - 3x_2 + 5x_3 \\z_2 = 6x_1 + 8x_2 - 6x_3 \\z_3 = -23x_1 - 4x_2 - 2x_3\end{cases}$