解答题 [2008年] 设n元线性方程组AX=b,其中
问答题 14.证明行列式|A|=(n+1)an
【正确答案】证一 利用三对称行列式的结论证之.由命题2.1.1.2知

故|A|=|A|T=(n+1)an
证二 用数学归纳法证之.
当n=1时,|A|=|2a|=2a=(1+1)a1=2a,结论成立.
当n=2时,结论也成立.
假设结论对n-2,n-1阶行列式成立,则|A|n-2=(n-1)an-2,|A|n-1=nan-1.将|A|按第1行展开得到
|A|n=2a|A|n-1-a2|A|n-2=2-2a·nan-1-a2·(n-1)an-2=(n+1)an
即结论对n阶行列式仍成立.由数学归纳法原理知,对任何正整数n,都有|A|=(n+1)an
证三 为方便计,令Dn=|A|.将其按第1列展开得到Dn=2aDn-1-a2Dn-2
即 Dn-aDn-1=aDn-1-a2Dn-2=a(Dn-1-aDn-2)=a·a(Dn-2-aDn-3)
=a2(Dn-2-aDn-3)=…=an-2(D2-aD1)=an
故 Dn=an+aDn-1=an+a(an-1+aDn-2)=2an+a2Dn-2=…
=(n-2)an+an-2D2=(n-2)an+an-2(a2+aD1)
=(n-1)an+an-1D1=(n-1)an+an-1·2a=(n+1)an
证四 利用行列式性质化成三角行列式求之.

(注:命题2.1.1.2 设n阶三对称行列式
【答案解析】
问答题 15.当a为何值时,该方程组有唯一解,并求x1
【正确答案】由上题的结论知,当|A|=(n+1)an≠0即a≠0时,由克拉默法则知,该方程组AX=b有唯一解且唯一解的第1个分量为x1-D1/|A|,其中将A的第1列换成[1,0,…,0]T,得到
【答案解析】
问答题 16.当a为何值时,该方程组有无穷多解,并求通解.
【正确答案】解一 当(n+1)an=0即a=0时,此时增广矩阵和系数矩阵的秩均为n-1<n,故方程组有无穷多组解,且
是含最高阶单位矩阵的矩阵.因n-秩(A)=1,故对应的齐次方程组的基础解系只含一个解向量.由基础解系和特解的简便求法知,基础解系和特解分别为
α=[1,0,0,…,0]T, η=[0,1,0,…,0]T
故AX=b的通解为X=kα+η,k为任意常数.
解二 因秩(A)=秩=n-1,故|A|=(n+1)an=0.因而a=0时方程组有无穷多组解.由解一中的式①知,AX=0的同解方程组为自由变量为x1,取x1=1,则其基础解系为α=[1,0,…,0]T,AX=0的通解为kα,k为任意常数.
又因AX=b的同解方程组为满足上述方程,故其特解为η=[0,1,0,…,0]T.或在同解方程组中令自由变量x1=0,也可得到η.所以AX=b的通解为k[1,0,0,…,0]T+[0,1,0,…,0]T,尼为任意常数.
【答案解析】