题目
设A=(α1,α2,α3),其中α1=(1,0,1)T,α2=(1,1,2)T,α3=(1,2,α)T,B=(β1,β2),其中β1=(-1,2,1)T,β2=(1,0,b)T. (Ⅰ)问a,b为何值时,β1,β2不能同时由α1,α2,α3线性表示. (Ⅱ)问a,b为何值时,β1,β2可同时由α1,α2,α3线性表示,并求出表达式.
设A=(α1,α2,α3),其中α1=(1,0,1)T,α2=(1,1,2)T,α3=(1,2,α)T,B=(β1,β2),其中β1=(-1,2,1)T,β2=(1,0,b)T.
(Ⅰ)问a,b为何值时,β1,β2不能同时由α1,α2,α3线性表示.
(Ⅱ)问a,b为何值时,β1,β2可同时由α1,α2,α3线性表示,并求出表达式.
题目解答
答案
对增广矩阵(A┆B)施行初等行变换有

(Ⅰ)当a=3,b≠1时,AX=B无解,即β1,β2不能同时由α1,α2,α3线性表示.
(Ⅱ)①当a≠3,对任意b,AX=B有唯一解η1,η2,记X=(η1,η2).
Aη1=β1的解为(-3,2,0)T.
Aη2=β2的解为

即表达式为
β1=-3α1+2α2+0α3,β2=
②当a=3,b=1时,AX=B有无穷多解.
Aη1=β1的解为
k(1,-2,1)T+(-2,0,1)T.
Aη2=β2的解为
l(1,-2,1)T+(1,0,0)T
故全部解为

其中,k,l为任意常数.
解析
步骤 1:构造增广矩阵
构造增广矩阵(A┆B),其中A=(α_1,α_2,α_3),B=(β_1,β_2)。矩阵A和B的元素已给出,因此可以构造出增广矩阵(A┆B)。
步骤 2:对增广矩阵进行初等行变换
对增广矩阵(A┆B)进行初等行变换,以简化矩阵并求解线性方程组。通过初等行变换,可以将矩阵化简为阶梯形矩阵,从而更容易分析线性方程组的解。
步骤 3:分析线性方程组的解
根据初等行变换后的矩阵,分析线性方程组的解。如果矩阵的秩小于未知数的个数,则线性方程组有无穷多解;如果矩阵的秩等于未知数的个数,则线性方程组有唯一解;如果矩阵的秩小于增广矩阵的秩,则线性方程组无解。
步骤 4:确定a和b的值
根据线性方程组的解的情况,确定a和b的值。当线性方程组无解时,β_1,β_2不能同时由α_1,α_2,α_3线性表示;当线性方程组有唯一解或无穷多解时,β_1,β_2可同时由α_1,α_2,α_3线性表示。
步骤 5:求解线性方程组
当线性方程组有唯一解或无穷多解时,求解线性方程组,得到β_1,β_2由α_1,α_2,α_3线性表示的表达式。
构造增广矩阵(A┆B),其中A=(α_1,α_2,α_3),B=(β_1,β_2)。矩阵A和B的元素已给出,因此可以构造出增广矩阵(A┆B)。
步骤 2:对增广矩阵进行初等行变换
对增广矩阵(A┆B)进行初等行变换,以简化矩阵并求解线性方程组。通过初等行变换,可以将矩阵化简为阶梯形矩阵,从而更容易分析线性方程组的解。
步骤 3:分析线性方程组的解
根据初等行变换后的矩阵,分析线性方程组的解。如果矩阵的秩小于未知数的个数,则线性方程组有无穷多解;如果矩阵的秩等于未知数的个数,则线性方程组有唯一解;如果矩阵的秩小于增广矩阵的秩,则线性方程组无解。
步骤 4:确定a和b的值
根据线性方程组的解的情况,确定a和b的值。当线性方程组无解时,β_1,β_2不能同时由α_1,α_2,α_3线性表示;当线性方程组有唯一解或无穷多解时,β_1,β_2可同时由α_1,α_2,α_3线性表示。
步骤 5:求解线性方程组
当线性方程组有唯一解或无穷多解时,求解线性方程组,得到β_1,β_2由α_1,α_2,α_3线性表示的表达式。