解答题
1.设非齐次线性方程组Ax=b的系数矩阵的秩为r,η1,…,ηn-r+1是它的n—r+1个线性无关的解。试证它的任一解可表示为
x=k1η1+…+kn-r+1ηn-r+1,其中k1+…+kn-r+1=1。
【正确答案】设x为Ax=b的任一解,由题设知η1,η2,…,ηn-r+1线性无关且均为Ax=b的解。
取ξ1=η2一η1,ξ2=η3一η1,…,ηn-r=ηn-r+1一η1,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ξ1,ξ2,…,ξn-r线性相关,则存在不全为零的数l1,l2,…,ln-r,使得
l1ξ1+l2ξ2+…+ln-rξn-r=0,
即l1(η2一η1)+l2(η3一η1)+…+ln-r(ηn-r+1一η1)=0,
也即一(l1+l2+…+ln-r)η1+l1η2+l2η3+…+ln-rηn-r+1=0。
由η1,η2,…,ηn-r+1线性无关知
一(l1+l2+…+ln-r)=l1=l2=…=ln-r=0,
这与l1,l2,…,ln-r不全为零矛盾,故假设不成立。因此ξ1,ξ2,…,ξn-r线性无关,是Ax=0的基础解系。
由于x,η1均为Ax=b的解,所以x一η1为Ax=0的解,因此x一η1可由ξ1,ξ2,…,ξn-r线性表示,设
x一η1=k2ξ1+k3ξ2+…+kn-r+1ξn-r
=k2(η2一η1)+k3(η3一η1)+…+kn-r+1(ηn-r+1一η1),
则x=η1(1一k2一k3一…一kn-r+1)+k2η2+k3η3+…+kn-r+1ηn-r+1,
令k1=1一k2一k3一…一kn-r+1,则k1+k2+k3+…+kn-r+1=1,从而
x=k1η1+k2η2+…+kn-r+1恒成立。
【答案解析】