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  3. 设非齐次线性方程组Ax=b的系数矩阵的秩为r，η1，…，ηn-r+1。是它的n-r+1个线性无关的解。试证它的任一解可表示为 x=k1η1+…+kn-r+1ηn-r+1，其中k1+…+kn-r+1=1。

设非齐次线性方程组Ax=b的系数矩阵的秩为r，η1，…，ηn-r+1。是它的n-r+1个线性无关的解。试证它的任一解可表示为 x=k1η1+…+kn-r+1ηn-r+1，其中k1+…+kn-r+1=1。

admin2017-01-14  60
问题 设非齐次线性方程组Ax=b的系数矩阵的秩为r，η1，…，ηn-r+1。是它的n-r+1个线性无关的解。试证它的任一解可表示为
    x=k1η1+…+kn-r+1ηn-r+1，其中k1+…+kn-r+1=1。
选项
答案设x为Ax=b的任一解，由题设知η1，η2，…，ηn-r+1线性无关且均为Ax=b的解。 取ξ1=η2-η1，ξ2=η3-η1，…，ξn-r=ηn-r+1-η1，根据线性方程组解的结构，它们均为对应齐次方程Ax=0的解。 下面用反证法证： 设ξ1，ξ2，…，ξn-r线性相关，则存在不全为零的数l1，l2，…，ln-r，使得 l1ξ1+l2ξ2+…+ln-rξn-r=0， 即 l1(η2-η1)+l2(η3-η1)+…+ln-r(ηn-r-η1)=0， 也即 -(l1+l2+…+ln-r)η1+l1η2+l2η3+…+ln-rηn-r+1=0。 由η1，η2，…，ηn-r+1线性无关知 -(l1+l2+…+ln-r)=l1=l2=…=ln-r=0， 这与l1，l2，…，ln-r不全为零矛盾，故假设不成立。因此ξ1，ξ2，…，ξn-r线性无关，是Ax=0的基础解系。 由于x，η1均为Ax=b的解，所以x-η2为Ax=0的解，因此x-η1可由ξ1，ξ2，…，ξn-r线性表示，设 x-η1=k2ξ1+k3ξ2+…+kn-r+1ξn-r =k2(η2-η1)+k3(η3-η1)+…+kn-r+1(ηn-r+1-η1)， 则 x=η1(1-k2-k3-…-kn-r+1)+k2η2+k3η3+…+kn-r+1ηn-r+1， 令k1=1-k2-k3-…-kn-r+1，则k1+k2+k3+…+kn-r+1=1，从而 x=k1η1+k2η2+…+kn-r+1ηn-r+1恒成立。
解析
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