22.求方程组}x_{1)+x_(2)-2x_(3)=52x_(1)+x_(2)-x_(3)+x_(4)=7x_(1)+2x_(2)-5x_(3)-x_(4)=8.的通解.
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查线性方程组的通解求解,涉及增广矩阵的行变换化简、自由变量的确定以及通解的向量表达形式。
解题核心思路:
- 将增广矩阵化为行最简形,确定方程组的主元和自由变量。
- 用自由变量表示其他变量,写出通解的参数形式。
- 转化为向量形式,明确特解和齐次解的基础解系。
破题关键点:
- 正确进行行变换,确保矩阵化简无误。
- 识别自由变量(对应行最简形中无主元的列)。
- 合理设定参数,将解表示为自由变量的线性组合。
将方程组的增广矩阵进行行变换:
原增广矩阵:
$\begin{pmatrix}1 & 1 & -2 & 0 & 5 \\2 & 1 & -1 & 1 & 7 \\1 & 2 & -5 & -1 & 8\end{pmatrix}$
行变换过程:
-
消去第二行、第三行的第一个元素:
- 第二行减去 $2 \times$ 第一行:
$(0, -1, 3, 1, -3)$ - 第三行减去 $1 \times$ 第一行:
$(0, 1, -3, -1, 3)$
- 第二行减去 $2 \times$ 第一行:
-
第二行乘以 $-1$,得到:
$(0, 1, -3, -1, 3)$ -
消去第三行:
第三行减去第二行后全为 $0$,得到第三行为 $0$ 行。 -
化简第一行:
第一行减去第二行,得到:
$(1, 0, 1, 1, 2)$
最终行最简形矩阵:
$\begin{pmatrix}1 & 0 & 1 & 1 & 2 \\0 & 1 & -3 & -1 & 3 \\0 & 0 & 0 & 0 & 0\end{pmatrix}$
方程组对应关系:
$\begin{cases}x_1 + x_3 + x_4 = 2 \\x_2 - 3x_3 - x_4 = 3\end{cases}$
确定自由变量:
$x_3$ 和 $x_4$ 无主元,设为自由变量,令 $x_3 = c_1$,$x_4 = c_2$。
通解表达式:
$\begin{cases}x_1 = 2 - c_1 - c_2 \\x_2 = 3 + 3c_1 + c_2 \\x_3 = c_1 \\x_4 = c_2\end{cases}$
向量形式:
特解 $\begin{pmatrix} 2 \\ 3 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}$ 加上齐次解的基础解系:
$c_1 \begin{pmatrix} -1 \\ 3 \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix} + c_2 \begin{pmatrix} -1 \\ 1 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}$