问答题 设α1,α2,α3,α4,β为四维非零列向量,A=(α1,α2,α3,α4),已知方程组AX=β的通解是(-1,1,0,2)T+k(1,-1,2,0)T,其中k为任意实数.
(Ⅰ) 问β能否由α1,α2,α3线性表示?
(Ⅱ) 求向量组α1,α2,α3,α4,β的一个极大无关组.

【正确答案】由已知,齐次方程组AX=0的基础解系为(1,-1,2,0)T,所以r(A)=3.
(Ⅰ) 设β可由α1,α2,α3线性表示,即存在是k1,k2,k3,使得β=k1α1+k2α2+k3α2+k3α3,即(k1,k2,k3,0)T是方程组AX=β的解,又(-1,1,0,2)T也是方程组AX=β的解,所以两解之差(k1+1,k2=1,k3,-2)T是方程组AX=0的解.因此(k1+1,k2-1,k3,-2)T可由基础解系(1,-1,2.0)T表示,但向量(k1+1,k2-1,k3,-2)T与(1,-1.2,0)T是线性无关的,出现矛盾,所以β不能由α1,α2,α3线性表示.
(Ⅱ)因为方程组AX=β有解,因此,向量组α1,α2,α3,α4,β的秩等于向量组α1,α2,α34的秩.等于A的秩,等于3.又(1,-1,2,0)T为AX=0的解,即有α12+2α3=0.所以向量α3可由α1,α2线性表示,即可由α1,α2,α4线性表示.又(-1,1,0,2)T是方程组AX=β的解,即向量β可由α1,α2,α4线性表示.所以,向量组α1,α2,α3,α4,β与α1,α2,α4等价,得α1,α2,α4的秩为3,即α1,α2,α3线性无关,因此α1,α2,α4是向量组α12,α3,α4,β的一个极大无关组.
【答案解析】[分析] 考查线性方程组解的结构及极大无关组.