9【单选题】若齐次线性方程组}λx_(1)+x_(2)+x_(3)=0x_(1)+λx_(2)+x_(3)=0x_(1)+x_(2)+λx_(3)=0有非零解,则λ满足()A λ=-2B λ=1C λ≠-2且λ≠1D λ=-2或λ=1
题目解答
答案
这是一个关于齐次线性方程组解的判定问题。我们可以通过以下步骤进行推理:
第一步:理解题意
题目给出了一个包含三个未知数 $x_1, x_2, x_3$ 的齐次线性方程组:
$\begin{cases}\lambda x_1 + x_2 + x_3 = 0 \\x_1 + \lambda x_2 + x_3 = 0 \\x_1 + x_2 + \lambda x_3 = 0\end{cases}$
题目要求该方程组有非零解,我们需要找出参数 $\lambda$ 满足的条件。
第二步:利用齐次线性方程组的性质
对于一个含有 $n$ 个未知数和 $n$ 个方程的齐次线性方程组 $Ax = 0$,它有非零解的充分必要条件是其系数矩阵 $A$ 的行列式等于零,即 $|A| = 0$。
第三步:写出系数矩阵并计算其行列式
该方程组的系数矩阵 $A$ 为:
$A = \begin{pmatrix}\lambda & 1 & 1 \\1 & \lambda & 1 \\1 & 1 & \lambda\end{pmatrix}$
我们需要计算该矩阵的行列式 $|A|$ 并令其等于 $0$。
$|A| = \begin{vmatrix}\lambda & 1 & 1 \\1 & \lambda & 1 \\1 & 1 & \lambda\end{vmatrix}$
为了简便计算,我们可以将第 2 列和第 3 列都加到第 1 列上(即 $c_1 \leftarrow c_1 + c_2 + c_3$):
$|A| = \begin{vmatrix}\lambda + 2 & 1 & 1 \\\lambda + 2 & \lambda & 1 \\\lambda + 2 & 1 & \lambda\end{vmatrix}$
提取第 1 列的公因子 $(\lambda + 2)$:
$|A| = (\lambda + 2) \begin{vmatrix}1 & 1 & 1 \\1 & \lambda & 1 \\1 & 1 & \lambda\end{vmatrix}$
接下来,将第 2 行减去第 1 行($r_2 \leftarrow r_2 - r_1$),第 3 行减去第 1 行($r_3 \leftarrow r_3 - r_1$):
$|A| = (\lambda + 2) \begin{vmatrix}1 & 1 & 1 \\0 & \lambda - 1 & 0 \\0 & 0 & \lambda - 1\end{vmatrix}$
这是一个上三角行列式,其值等于主对角线元素的乘积:
$|A| = (\lambda + 2) \cdot 1 \cdot (\lambda - 1) \cdot (\lambda - 1) = (\lambda + 2)(\lambda - 1)^2$
第四步:求解 $\lambda$ 的值
因为方程组有非零解,所以 $|A| = 0$:
$(\lambda + 2)(\lambda - 1)^2 = 0$
解这个方程,得到:
$\lambda + 2 = 0 \quad \text{或} \quad (\lambda - 1)^2 = 0$
即:
$\lambda = -2 \quad \text{或} \quad \lambda = 1$
结论
$\lambda$ 满足的条件是 $\lambda = -2$ 或 $\lambda = 1$。对比选项,这与选项 D 一致。
正确答案是 D。
解析
本题考查齐次线性方程组有非零解的判定条件,解题思路是根据齐次线性方程组有非零解的充分必要条件为其系数矩阵的行列式等于零,通过计算给定方程组系数矩阵的行列式并令其为零,进而求解出参数$\lambda$的值。
- 首先明确齐次线性方程组有非零解的条件:
对于含有$n$个未知数和$n$个方程的齐次线性方程组$Ax = 0$,它有非零解的充分必要条件是其系数矩阵$A$的行列式$\vert A\vert = 0$。 - 写出给定方程组的系数矩阵$A$:
已知方程组$\begin{cases}\lambda x_{1}+x_{2}+x_{3}=0\\x_{1}+\lambda x_{2}+x_{3}=0\\x_{1}+x_{2}+\lambda x_{3}=0\end{cases}$,其系数矩阵$A=\begin{pmatrix}\lambda & 1 & 1\\1 & \lambda & 1\\1 & 1 & \lambda\end{pmatrix}$。 - 计算系数矩阵$A$的行列式$\vert A\vert$:
- 为了简便计算,将第$2$列和第$3$列都加到第$1$列上(即$c_1 \leftarrow c_1 + c_2 + c_3$),得到$\vert A\vert=\begin{vmatrix}\lambda + 2 & 1 & 1\\\lambda + 2 & \lambda & 1\\\lambda + 2 & 1 & \lambda\end{vmatrix}$。
- 提取第$1$列的公因子$(\lambda + 2)$,则$\vert A\vert = (\lambda + 2)\begin{vmatrix}1 & 1 & 1\\1 & \lambda & 1\\1 & 1 & \lambda\end{vmatrix}$。
- 接着将第$2$行减去第$1$行($r_2 \leftarrow r_2 - r_1$),第$3$行减去第$1$行($r_3 \leftarrow r_3 - r_1$),得到$\vert A\vert = (\lambda + 2)\begin{vmatrix}1 & 1 & 1\\0 & \lambda - 1 & 0\\0 & 0 & \lambda - 1\end{vmatrix}$。
- 由于这是一个上三角行列式,其值等于主对角线元素的乘积,所以$\vert A\vert = (\lambda + 2)\cdot 1\cdot (\lambda - 1)\cdot (\lambda - 1)= (\lambda + 2)(\lambda - 1)^2$。
- 令$\vert A\vert = 0$,求解$\lambda$:
由$(\lambda + 2)(\lambda - 1)^2 = 0$,根据乘法的性质可知$\lambda + 2 = 0$或$(\lambda - 1)^2 = 0$。- 当$\lambda + 2 = 0$时,解得$\lambda = -2$。
- 当$(\lambda - 1)^2 = 0$时,解得$\lambda = 1$。