「线性代数」非齐次线性方程组,无解、唯一解、无穷解详细做法

在线性代数中,我们往往会做到一类题目,那就是给定两个矩阵A、B,其中设有未知数,问我们什么时候AX=B无解、有唯一解、有无穷多解。

我们认知中的AX=B便是非齐次线性方程组的表达式(常数项不全为零的线性方程组称为非齐次线性方程组)

笔者呢在复习考研数学的时候,经常做到关于线代求AX=B解的题目,因此下定决心要好好整理一下。

话不多说,就让我们开始吧。

非齐次线性方程组的求解步骤

矩阵A是系数矩阵,矩阵b(矩阵A和矩阵B结合起来)是增广矩阵,对于判断解的情况,当然是判断系数矩阵和增广矩阵的秩。

如果系数矩阵的秩小于增广矩阵的秩(R(A)

R(A)=R(b)=n,方程组有唯一解。

R(A)=R(b)

当然,是要将增广矩阵b进行初等行变换化为行阶梯形来判断。

但是这只是用来判断是否有解,至于怎么求,我们当然要借助解的结构:

非齐次线性方程组的通解=齐次线性方程组的通解+非齐次线性方程组的一个特解

话不多说,给出一道实际例题,这道题目让我们求出AX=B各种解的情况:

「线性代数」非齐次线性方程组,无解、唯一解、无穷解详细做法

首先是无解的情况

既然是无解,那当然只要证明R(A)

这道题目中我设置矩阵b是增广矩阵,包括(A:B)在内:

「线性代数」非齐次线性方程组,无解、唯一解、无穷解详细做法

无解的情况最为简单,因为你不需要求解,只需要判断矩阵的秩即可。

注意:这里为什么没有用到初等列变换,是因为我要化为行阶梯形,不可以用初等列变换,否则,如果尝试的话,就会导致题目做错,达不到我们要的结果,因此不用初等列变换。

齐次是有唯一解的情况

唯一解的情况当然是R(A)=R(B)=n的时候,n自然是指的是n阶方程的秩。

「线性代数」非齐次线性方程组,无解、唯一解、无穷解详细做法

齐次是有无穷多解的情况

无穷多解的情况便是R(A)=R(B)

「线性代数」非齐次线性方程组,无解、唯一解、无穷解详细做法

注意,这里用到了基础解系的概念。

因为我们知道非齐次线性方程组的通解=齐次线性方程组的通解+非齐次线性方程组的一个特解

所以其中的1,-1,0是非齐次线性方程组的特解,k1(0,-1,1)是齐次线性方程组的通解。

「线性代数」非齐次线性方程组,无解、唯一解、无穷解详细做法

总结

总的来说,我们往往在简答题中会遇到这类求线性方程组的题目,难度不是很大,关键在于掌握方法,矩阵的秩能够用来判断线性方程组的解是无解、唯一解还是无穷多解。

掌握好求解的步骤,便能够事半功倍,很快的完成这类题目。


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