设非齐次线性方程组Ax=b的系数矩阵的秩为r,η 1 ,…,η n—r+1 ,是它的n一r+1个线性无关的解。试证它的任一解可表示为x=k 1 η 1 +…+k n—r+1 η n—r+1 ,其中k 1 +…+k n—r+1 =1。
【正确答案】正确答案:设x为Ax=b的任一解,由题设知η 1 ,η 2 ,…,η n—r+1 线性无关且均为Ax=b的解。 取ξ 12 一η 1 ,ξ 23 一η 1 ,…,ξ n—rn—r 一η 1 ,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ξ 1 ,ξ 2 ,…,ξ n—r 线性相关,则存在不全为零的数l 1 ,l 2 ,…,l n—r ,使得 l 1 ξ 1 +l 2 ξ 2 +…+l n—r ξ n—r =0, 即 l 1 (η 2 一η 1 )+l 2 (η 3 一η 1 )+…+l n—r (η n—r+1 一η 1 )=0, 也即 一(l 1 +l 2 +…+l n—r )η 1 +l 1 η 2 +l 2 η 3 +…+l n—r η n—r+1 =0。 由η 1 ,η 2 ,…,η n—r+1 线性无关知 一(l 1 +l 2 +…+l n—r )=l 1 =l 2 =…=l n—r =0, 这与l 1 ,l 2 ,…,l n—r 不全为零矛盾,故假设不成立。因此ξ 1 ,ξ 2 ,…,ξ n—r 线性无关,是Ax=0的基础解系。 由于x,η 1 均为Ax=b的解,所以x一η 1 为Ax=0的解,因此x一η 1 可由ξ 1 ,ξ 2 ,…,ξ n—r ,线性表示,设 x一η 1 =k 2 ξ 1 +k 3 ξ 2 +…+k n—r+1 ξ n—r =k 2 (η 2 一η 1 )+k 3 (η 3 一η 1 )+…+k n—r+1 (η n—r+1 一η 1 ), 则x=η 1 (1一k 2 一k 3 一…一k n—r+1 )+k 2 η 2 +k 3 η 3 +…+k n—r+1 η n—r+1 , 令k 1 =1一k 2 一k 3 一…一k n—r+1 ,则k 1 +k 2 +k 3 +…+k n—r+1 =1,从而 x=k 1 η 1 +k 2 η 2 +…+k n—r+1 η n—r+1 恒成立。
【答案解析】