在線性代數中,我們往往會做到一類題目,那就是給定兩個矩陣A、B,其中設有未知數,問我們什麼時候AX=B無解、有唯一解、有無窮多解。
我們認知中的AX=B便是非齊次線性方程組的表達式(常數項不全為零的線性方程組稱為非齊次線性方程組)
筆者呢在複習考研數學的時候,經常做到關於線代求AX=B解的題目,因此下定決心要好好整理一下。
話不多說,就讓我們開始吧。
非齊次線性方程組的求解步驟
矩陣A是係數矩陣,矩陣b(矩陣A和矩陣B結合起來)是增廣矩陣,對於判斷解的情況,當然是判斷係數矩陣和增廣矩陣的秩。
如果係數矩陣的秩小於增廣矩陣的秩(R(A)
R(A)=R(b)=n,方程組有唯一解。
R(A)=R(b)
當然,是要將增廣矩陣b進行初等行變換化為行階梯形來判斷。
但是這只是用來判斷是否有解,至於怎麼求,我們當然要藉助解的結構:
非齊次線性方程組的通解=齊次線性方程組的通解+非齊次線性方程組的一個特解
話不多說,給出一道實際例題,這道題目讓我們求出AX=B各種解的情況:
首先是無解的情況
既然是無解,那當然只要證明R(A)
這道題目中我設置矩陣b是增廣矩陣,包括(A:B)在內:
無解的情況最為簡單,因為你不需要求解,只需要判斷矩陣的秩即可。
注意:這裡為什麼沒有用到初等列變換,是因為我要化為行階梯形,不可以用初等列變換,否則,如果嘗試的話,就會導致題目做錯,達不到我們要的結果,因此不用初等列變換。
齊次是有唯一解的情況
唯一解的情況當然是R(A)=R(B)=n的時候,n自然是指的是n階方程的秩。
齊次是有無窮多解的情況
無窮多解的情況便是R(A)=R(B)
注意,這裡用到了基礎解系的概念。
因為我們知道非齊次線性方程組的通解=齊次線性方程組的通解+非齊次線性方程組的一個特解
所以其中的1,-1,0是非齊次線性方程組的特解,k1(0,-1,1)是齊次線性方程組的通解。
總結
總的來說,我們往往在簡答題中會遇到這類求線性方程組的題目,難度不是很大,關鍵在於掌握方法,矩陣的秩能夠用來判斷線性方程組的解是無解、唯一解還是無窮多解。
掌握好求解的步驟,便能夠事半功倍,很快的完成這類題目。