问答题 设方程组Ax=β有解(1,2,2,1)T和(1,-2,4,0)T,其中矩阵A=(α1,α2,α3,α4)的秩为3,且α1,α2,a3,α4,β都是4维列向量,求方程组By=α1+2α2的通解,其中矩阵B=(α3,α2,α1,β-α4).
【正确答案】由题设知(1,2,2,1)T-(1,-2,4,0)T=(0,4,-2,1)T是方程组Ax=0的解,所以有
2-2α34=0,即α4=-4α2+2α3.
由题设(1,-2,4,0)T是方程组Ax=β的解得
β=α1-2α2+4α3
于是方程组By=α1+2a2,即
3,α2,α1,β-α4)y=α1+2α2
成为(α3,α2,α1,α1+2α2+2α3)y=α1+2α2. (1)
由A=(α1,α2,α3,α4)的秩为3知α1,α2,α3线性无关,由此得到式(1)的系数矩阵的秩为3,于是对应的齐次方程组的解(2,2,1,-1)T即为这个齐次方程组的基础解系,此外式(1)有特解(-2,0,0,1)T.所以,式(1),即方程组By=α1+2α2的通解为
y=C(2,2,1,-1)T+(-2,0,0,1)T(C为任意常数).
【答案解析】要记住:齐次线性方程Ax=0(其中A是m×n矩阵,x是n维未知列向量)的基础解系中所包含的线性无关的解向量个数为n-r(A).