题目
线性方程组 } x_1 - x_4 = -1 x_2 = 0 x_3 + x_4 = -1 的全部解是(). A. c(-1,0,1,-1)^T + (1,0,-1,0)^TB. c(1,0,-1,1)^T + (-1,0,-1,0)^TC. c(-1,-3,-2,1)^T + (-3,0,-4,0)^TD. c(1,1,1,-1)^T + (3,0,4,0)^T
线性方程组 $\begin{cases} x_1 - x_4 = -1 \\ x_2 = 0 \\ x_3 + x_4 = -1 \end{cases}$ 的全部解是().
- A. $c(-1,0,1,-1)^T + (1,0,-1,0)^T$
- B. $c(1,0,-1,1)^T + (-1,0,-1,0)^T$
- C. $c(-1,-3,-2,1)^T + (-3,0,-4,0)^T$
- D. $c(1,1,1,-1)^T + (3,0,4,0)^T$
题目解答
答案
为了求解线性方程组 $\left\{\begin{matrix}x_{1}-x_{4}=-1\\x_{2}=0\\x_{3}+x_{4}=-1\end{matrix}\right.$ 的全部解,我们首先需要将方程组中的变量表示为自由变量的函数。在这个方程组中,$x_2$ 已经确定为 0,而 $x_1$ 和 $x_3$ 可以用 $x_4$ 来表示。
从第一个方程 $x_1 - x_4 = -1$,我们可以解出 $x_1$:
\[x_1 = x_4 - 1.\]
从第三个方程 $x_3 + x_4 = -1$,我们可以解出 $x_3$:
\[x_3 = -1 - x_4.\]
因此,方程组的解可以写成:
\[
\begin{pmatrix}x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}x_4 - 1 \\ 0 \\ -1 - x_4 \\ x_4\end{pmatrix}.
\]
我们可以将这个解表示为一个特解和一个齐次解的和。特解是当 $x_4 = 0$ 时的解:
\[
\begin{pmatrix}x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}-1 \\ 0 \\ -1 \\ 0\end{pmatrix}.
\]
齐次解是当方程组的常数项为零时的解,即解方程组 $\left\{\begin{matrix}x_{1}-x_{4}=0\\x_{2}=0\\x_{3}+x_{4}=0\end{matrix}\right.$。从这个方程组中,我们得到:
\[x_1 = x_4,\]
\[x_2 = 0,\]
\[x_3 = -x_4.\]
因此,齐次解可以写成:
\[
\begin{pmatrix}x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4\end{pmatrix} = x_4 \begin{pmatrix}1 \\ 0 \\ -1 \\ 1\end{pmatrix}.
\]
将特解和齐次解 combine,我们得到方程组的全部解:
\[
\begin{pmatrix}x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4\end{pmatrix} = c \begin{pmatrix}1 \\ 0 \\ -1 \\ 1\end{pmatrix} + \begin{pmatrix}-1 \\ 0 \\ -1 \\ 0\end{pmatrix},
\]
其中 $c$ 是任意常数。
与选项进行比较,我们发现这与选项 B 相匹配。因此,正确答案是:
\[
\boxed{B}
\]