题目
133.求下列向量组的一个最大线性无关组及向量组的秩.-|||-(alpha )_(1)=(2,1,3,-1) , (alpha )_(2)=(3,-1,2,0),-|||-_(3)=(4,2,6,-2) , _(4)=(4,-3,1,1).

题目解答
答案

解析
考查要点:本题要求确定向量组的最大线性无关组及其秩,核心在于通过矩阵的行变换分析向量间的线性关系。
解题思路:
- 构造矩阵:将向量组作为列向量构成矩阵。
- 行简化阶梯形变换:通过行变换确定主元位置,主元所在列对应的原向量即为最大线性无关组。
- 秩的判定:主元个数即为向量组的秩。
关键点:
- 线性相关性:若某列全为0或可被其他列线性表示,则该向量线性相关。
- 主元位置:行简化后非零行的第一个非零元素所在列对应原向量。
将向量组构成矩阵并进行行变换:
$A = \begin{bmatrix}2 & 3 & 4 & 4 \\1 & -1 & 2 & -3 \\3 & 2 & 6 & 1 \\-1 & 0 & -2 & 1\end{bmatrix}$
行变换过程:
-
第一列处理:以2为主元,消去下方元素,得到:
$\begin{bmatrix} 2 & 3 & 4 & 4 \\ 0 & -\frac{5}{2} & 0 & -5 \\ 0 & -\frac{5}{2} & 0 & -5 \\ 0 & \frac{3}{2} & 0 & 3 \end{bmatrix}$ -
第二列处理:以$-\frac{5}{2}$为主元,消去下方和右方元素,得到:
$\begin{bmatrix} 2 & 3 & 4 & 4 \\ 0 & 1 & 0 & 2 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}$ -
回代化简:最终得到行简化阶梯形:
$\begin{bmatrix} 1 & 0 & 2 & -1 \\ 0 & 1 & 0 & 2 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \end{bmatrix}$
结论:
- 主元位置:第1列和第2列,对应原向量$\alpha_1$和$\alpha_2$。
- 秩:主元个数为2,故秩为2。