题目
线性方程组 } kx_1 + 2x_2 + x_3 = 0 2x_1 + kx_2 = 0 x_1 - x_2 + x_3 = 0 有非零解的充分必要条件是() A. k=2 或 k=3B. k=0 或 k=3C. k=-2 或 k=3D. k=-2 或 k=-3
线性方程组 $\begin{cases} kx_1 + 2x_2 + x_3 = 0 \\ 2x_1 + kx_2 = 0 \\ x_1 - x_2 + x_3 = 0 \end{cases}$ 有非零解的充分必要条件是()
- A. $k=2$ 或 $k=3$
- B. $k=0$ 或 $k=3$
- C. $k=-2$ 或 $k=3$
- D. $k=-2$ 或 $k=-3$
题目解答
答案
为了确定线性方程组$\left\{\begin{matrix}kx_{1}+2x_{2}+x_{3}=0\\2x_{1}+kx_{2}=0\\x_{1}-x_{2}+x_{3}=0\end{matrix}\right.$有非零解的充分必要条件,我们需要分析该方程组的系数矩阵的行列式。一个线性方程组有非零解当且仅当其系数矩阵的行列式为零。
方程组的系数矩阵为:
\[
A = \begin{pmatrix}
k & 2 & 1 \\
2 & k & 0 \\
1 & -1 & 1
\end{pmatrix}
\]
我们需要计算矩阵$A$的行列式:
\[
\det(A) = \begin{vmatrix}
k & 2 & 1 \\
2 & k & 0 \\
1 & -1 & 1
\end{vmatrix}
\]
我们可以沿第一行展开行列式:
\[
\det(A) = k \begin{vmatrix}
k & 0 \\
-1 & 1
\end{vmatrix}
- 2 \begin{vmatrix}
2 & 0 \\
1 & 1
\end{vmatrix}
+ 1 \begin{vmatrix}
2 & k \\
1 & -1
\end{vmatrix}
\]
计算2x2行列式,我们得到:
\[
\begin{vmatrix}
k & 0 \\
-1 & 1
\end{vmatrix} = k \cdot 1 - 0 \cdot (-1) = k
\]
\[
\begin{vmatrix}
2 & 0 \\
1 & 1
\end{vmatrix} = 2 \cdot 1 - 0 \cdot 1 = 2
\]
\[
\begin{vmatrix}
2 & k \\
1 & -1
\end{vmatrix} = 2 \cdot (-1) - k \cdot 1 = -2 - k
\]
将这些值代回行列式表达式,我们得到:
\[
\det(A) = k \cdot k - 2 \cdot 2 + 1 \cdot (-2 - k) = k^2 - 4 - 2 - k = k^2 - k - 6
\]
我们需要找到使行列式为零的$k$的值:
\[
k^2 - k - 6 = 0
\]
这是一个二次方程,我们可以将其因式分解为:
\[
(k - 3)(k + 2) = 0
\]
将每个因子设为零,我们得到解:
\[
k - 3 = 0 \quad \text{或} \quad k + 2 = 0
\]
\[
k = 3 \quad \text{或} \quad k = -2
\]
因此,线性方程组有非零解的充分必要条件是$k = -2$或$k = 3$。
正确答案是$\boxed{C}$。