题目
设 β_1=α_1+α_2,β_2=α_2+α_3 ,β_3=α_3+α_4 ,β_4=α_4+α_1,证明向量组 β_1,β_2, β_3,β_4线性相关。
设
$$β_1=α_1+α_2,β_2=α_2+α_3$$
$$,β_3=α_3+α_4$$
$$,β_4=α_4+α_1$$,证明向量组
$$β_1,β_2, β_3,β_4$$线性相关。
题目解答
答案
将题干四个式子进行加减可发现:
$$β_1-β_2+β_3-β_4=0$$
即存在不全为$$0$$的一组数1使得$$k_1β_1+k_2β_2+k_3β_3+k_4β_4=0$$。
所以其线性相关。
解析
考查要点:本题主要考查向量组线性相关的判定方法,特别是通过寻找非零系数组合使得线性组合为零的方法。
解题核心思路:
通过观察题目中给出的四个向量$\beta_1, \beta_2, \beta_3, \beta_4$的表达式,尝试通过加减操作构造出一个非平凡的线性组合等于零。关键在于发现各$\beta$之间的依赖关系,从而找到对应的系数。
破题关键点:
- 联立表达式:将四个$\beta$的表达式联立,寻找可能的抵消项。
- 交替加减:通过交替加减$\beta$向量,使得中间项$\alpha_2, \alpha_3, \alpha_4$相互抵消,最终得到$\alpha_1$和$\alpha_4$的抵消。
步骤1:写出各$\beta$的表达式
根据题意:
$\begin{aligned}\beta_1 &= \alpha_1 + \alpha_2, \\\beta_2 &= \alpha_2 + \alpha_3, \\\beta_3 &= \alpha_3 + \alpha_4, \\\beta_4 &= \alpha_4 + \alpha_1.\end{aligned}$
步骤2:构造线性组合
尝试对$\beta_1, \beta_2, \beta_3, \beta_4$进行加减操作:
- 计算$\beta_1 - \beta_2$:
$\beta_1 - \beta_2 = (\alpha_1 + \alpha_2) - (\alpha_2 + \alpha_3) = \alpha_1 - \alpha_3.$ - 加上$\beta_3$:
$(\beta_1 - \beta_2) + \beta_3 = (\alpha_1 - \alpha_3) + (\alpha_3 + \alpha_4) = \alpha_1 + \alpha_4.$ - 减去$\beta_4$:
$(\beta_1 - \beta_2 + \beta_3) - \beta_4 = (\alpha_1 + \alpha_4) - (\alpha_4 + \alpha_1) = 0.$
步骤3:得出线性相关关系
通过上述操作,得到:
$\beta_1 - \beta_2 + \beta_3 - \beta_4 = 0.$
这表明存在不全为零的系数$k_1=1, k_2=-1, k_3=1, k_4=-1$,使得线性组合为零,因此向量组$\beta_1, \beta_2, \beta_3, \beta_4$线性相关。