设A是m×n矩阵,且非齐次线性方程组AX=b满足r(A)==r<n,证明:方程组AX=b的线性无关的解向量的个数最多是n-r+1个。

admin2021-11-25  25

问题 设A是m×n矩阵,且非齐次线性方程组AX=b满足r(A)==r<n,证明:方程组AX=b的线性无关的解向量的个数最多是n-r+1个。

选项

答案因为r(A)=r<n,所以齐次线性方程组AX=0的基础解系含有n-r个线性无关的解向量,设为ξ123,…,ξn-r。 设η0为方程组AX=b的一个特解, 令β00110220,β330,...,βn-rn-r0,显然β0,β1,β2,...,βn-r为方程组AX=b的一组解。 令k0β0+k1β1+k2β2+...+kn-rβn-r=0,即 (k0+k1+...+kn-r0+k1ξ1+k2ξ2+...+kn-rξn-r=0 上式两边左乘A得(k0+k1+...+kn-r)b=0 因为b为非零列向量,所以k0+k1+...+kn-r=0,于是 k1ξ1+k2ξ2+...+kn-rξn-r=0 注意到ξ123,…,ξn-r线性无关,所以k1=k2=...=kn-r=0 故β0,β1,β2,...,βn-r线性无关,即方程组AX=b存在由n-r+1个线性无关的解向量构成的向量组。 设β1,β2,...,βn-r+2为方程组AX=b的一组线性无关解, 令γ12-β123-β1,...,γn-r+1n-r+2-β1 根据定义,易证γ1,γ2,...,γn-r+1线性无关,又γ1,γ2,...,γn-r+1为齐次线性方程组AX=0的一组解,即方程组AX=0含有n-r+1个线性无关的解,矛盾。 所以AX=b的任意n-r+2个解向量都是线性相关的,所以AX=b的线性无关的解向量的个数最多为n-r+1个。

解析
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