题目
24.主观题(10分)设向量组alpha_(1),alpha_(2),alpha_(3)线性无关,且beta=k_(1)alpha_(1)+k_(2)alpha_(2)+k_(3)alpha_(3).证明:若k_(1)neq0,则向量组beta,alpha_(2),alpha_(3)也线性无关
24.主观题(10分)
设向量组$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关,且
$\beta=k_{1}\alpha_{1}+k_{2}\alpha_{2}+k_{3}\alpha_{3}$.证明:若$k_{1}\neq0$,则向量组$\beta,\alpha_{2},\alpha_{3}$也线性无关
题目解答
答案
设 $\lambda_1 \beta + \lambda_2 \alpha_2 + \lambda_3 \alpha_3 = 0$,代入 $\beta = k_1 \alpha_1 + k_2 \alpha_2 + k_3 \alpha_3$ 得:
\[
\lambda_1 (k_1 \alpha_1 + k_2 \alpha_2 + k_3 \alpha_3) + \lambda_2 \alpha_2 + \lambda_3 \alpha_3 = 0
\]
整理得:
\[
\lambda_1 k_1 \alpha_1 + (\lambda_1 k_2 + \lambda_2) \alpha_2 + (\lambda_1 k_3 + \lambda_3) \alpha_3 = 0
\]
由 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 线性无关,得:
\[
\begin{cases}
\lambda_1 k_1 = 0 \\
\lambda_1 k_2 + \lambda_2 = 0 \\
\lambda_1 k_3 + \lambda_3 = 0
\end{cases}
\]
因 $k_1 \neq 0$,故 $\lambda_1 = 0$,代入得 $\lambda_2 = 0$,$\lambda_3 = 0$。
因此,向量组 $\beta, \alpha_2, \alpha_3$ 线性无关。
$\boxed{\text{向量组 } \beta, \alpha_2, \alpha_3 \text{ 线性无关。}}$
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,然后利用已知条件进行推导,判断系数是否都为零。
- 根据线性无关的定义设等式:
要证明向量组$\beta,\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关,根据向量组线性无关的定义,设$\lambda_1 \beta + \lambda_2 \alpha_2 + \lambda_3 \alpha_3 = 0$。 - 代入$\beta$的表达式并整理:
已知$\beta = k_{1}\alpha_{1}+k_{2}\alpha_{2}+k_{3}\alpha_{3}$,将其代入上式可得:
$\begin{align*}\lambda_1 (k_1 \alpha_1 + k_2 \alpha_2 + k_3 \alpha_3) + \lambda_2 \alpha_2 + \lambda_3 \alpha_3 &= 0\\\lambda_1 k_1 \alpha_1 + \lambda_1 k_2 \alpha_2 + \lambda_1 k_3 \alpha_3 + \lambda_2 \alpha_2 + \lambda_3 \alpha_3 &= 0\\\lambda_1 k_1 \alpha_1 + (\lambda_1 k_2 + \lambda_2) \alpha_2 + (\lambda_1 k_3 + \lambda_3) \alpha_3 &= 0\end{align*}$ - 利用$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关列方程组:
因为向量组$\alpha_{1},\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关,所以由线性无关的定义可得:
$\begin{cases}\lambda_1 k_1 = 0 &(1)\\\\ \lambda_1 k_2 + \lambda_2 = 0 &(2)\\ \lambda_1 k_3 + \lambda_3 = 0 &(3)\end{cases}$ - 求解方程组:
已知$k_1 \neq 0$,由方程$(1)$可得$\lambda_1 = 0$。
将$\lambda_1 = 0$代入方程$(2)$,可得$0\times k_2 + \lambda_2 = 0$,即$\lambda_2 = 0$。
将$\lambda_1 = 0$代入方程$(3)$,可得$0\times k_3 + \lambda_3 = 0$,即$\lambda_3 = 0$。 - 得出结论:
由于$\lambda_1 = \lambda_2 = \lambda_3 = 0$,根据向量组线性无关的定义,可知向量组$\beta,\alpha_{2},\alpha_{3}$线性无关。