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设A为n阶矩阵. (1)已知β为n维非零列向量,若存在正整数k,使得Ak≠0,但Ak+1β=0,则向量组β,Aβ,A2β,…,Akβ线性无关; (2)证明:齐次线性方程组Anx=0与An+1x=0是同解线性方程组; (3)证明:r(
设A为n阶矩阵. (1)已知β为n维非零列向量,若存在正整数k,使得Ak≠0,但Ak+1β=0,则向量组β,Aβ,A2β,…,Akβ线性无关; (2)证明:齐次线性方程组Anx=0与An+1x=0是同解线性方程组; (3)证明:r(
admin
2017-07-26
44
问题
设A为n阶矩阵.
(1)已知β为n维非零列向量,若存在正整数k,使得A
k
≠0,但A
k+1
β=0,则向量组β,Aβ,A
2
β,…,A
k
β线性无关;
(2)证明:齐次线性方程组A
n
x=0与A
n+1
x=0是同解线性方程组;
(3)证明:r(A
n
)=r(A
n+1
).
选项
答案
(1)设 x
0
β+x
1
Aβ+x
2
A
2
β+…+x
k
A
k
β=0,上式两边左乘矩阵A
k
,由A
k+1
β=0,A
k+2
β=A(A
k+2
β)=A.0=0,…,A
k+k
β=0,可得 A
k
(x
0
oβ+x
1
β+x
2
A
2
β+…+x
k
A
k
β)=x
0
A
k
β=0, 而A
k
β≠0,有x
0
=0. 同理,再在等式两边依次乘矩阵A
k—1
,A
k—2
,…,A
2
,A,可得x
1
=x
2
=…=x
n
=0, 故向量组β,Aβ,A
2
β,…,A
k
β线性无关. (2)显然,线性方程组A
n
x=0的解必是线性方程组A
n+1
x=0的解;反过来,若A
n+1
x=0只有零解,则由行列式|A
n+1
|=|A|
n+1
≠0,可得|A|≠0.因此|A
n
|=|A|
n
≠0,故A
n
x=0也只有零解,即A
n
x=0与A
n+1
x=0为同解方程组. 若A
n+1
x=0有非零解,设存在β≠0使得A
n+1
β=0,但β不是A
n
x=0的解,即A
n
β≠0.则由(1)知β,Aβ,A
2
β,…,A
k
β线性无关,且A
n+1
β=0,A
n+1
(Aβ)=A(A
n+1
β)=0,…,A
n+1
(A
n
β)=0,即它们都是线性方程组A
n+1
x=0的解,因此A
n+1
x=0至少有n+1个线性无关的解,这与方程组A
n+1
x=0的基础解系至多有n个线性无关解矛盾,所以A
n+1
x=0的解都是A
n
x=0的解,即A
n
x=0与A
n+1
x=0为同解方程组. (3)由(2)知A
n
x=0与A
n+1
x=0为同解方程组,故 n一r(A
n
)=n一r(A
n+1
), 即r(A
n
)=r(A
n+1
).
解析
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考研数学三
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