齐次线性方程组

时间:2025-03-10 16:45:11 单机游戏

齐次线性方程组指的是所有方程的常数项都为零的线性方程组,其一般形式可以表示为:

```

\begin{cases}

a_{11}x_1 + a_{12}x_2 + \cdots + a_{1n}x_n = 0 \\

a_{21}x_1 + a_{22}x_2 + \cdots + a_{2n}x_n = 0 \\

\vdots \\

a_{m1}x_1 + a_{m2}x_2 + \cdots + a_{mn}x_n = 0

\end{cases}

```

其中,$a_{ij}$ 是常数,$x_1, x_2, \cdots, x_n$ 是未知数。

齐次线性方程组的基本性质:

平凡解 :当所有未知数 $x_1, x_2, \cdots, x_n$ 都取0时,方程组有一个解,即 $(0, 0, \cdots, 0)^T$。

非平凡解:

当至少有一个未知数取非零值时,方程组有非零解。

解的性质

齐次线性方程组的两个解的和仍是该方程组的一组解。

齐次线性方程组的解的任意常数倍也是该方程组的一组解。

齐次线性方程组的解的情况:

如果系数矩阵的秩 $r(A) = n$(即未知数的个数等于方程组的个数),则方程组有唯一解,即零解。

如果系数矩阵的秩 $r(A) < n$,则方程组有非零解。在这种情况下,方程组有无穷多个解,可以通过找出基础解系来表示通解。

求解齐次线性方程组:

1. 对系数矩阵进行初等行变换,化为行阶梯形矩阵。

2. 判断系数矩阵的秩 $r(A)$。

若 $r(A) = r = n$,则方程组只有零解。

若 $r(A) = r < n$,则方程组有非零解。

3. 构造基础解系,并写出通解。通解的一般形式为 $x = c_1v_1 + c_2v_2 + \cdots + c_rv_r$,其中 $c_1, c_2, \cdots, c_r$ 是任意常数,$v_1, v_2, \cdots, v_r$ 是基础解系中的解向量。

例子

考虑以下齐次线性方程组:

```

\begin{cases}

2x + 3y - z = 0 \\

-x + y + 2z = 0

\end{cases}

```

其系数矩阵为:

```

\begin{pmatrix}

2 & 3 & -1 \\

-1 & 1 & 2

\end{pmatrix}

```

对该矩阵进行初等行变换,我们可以得到行最简形矩阵,并据此找出自由变量和基本解系,最终写出通解。

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