下载文档原格式
线性方程组解的结构(解法)一、齐次线性方程组的解法【定义】r(A)= r <n ,若小 0 (A为用"矩阵)的一组解为匚爲，…,爲一，且满足：(1)看岛宀雋円线性无关；⑵AX= 0的)任一解都可由这组解线性表示.则称刍易，…，蔦-为的二0的基础解系.称X =镯刍+ k為+…+为AX= 0的通解。
其中人,虬…，A-,为任意常数).齐次线性方程组的关键问题就是求通解，而求通解的关键问题是求基础解系.【定理】若齐次线性方程组衣二0有解，则(1)若齐次线性方程组AT二0 (A为〃7"矩阵)满足r(A) = n ,则只有零解；⑵ 齐次线性方程组有非零解的充要条件是r(A) <n.(注：当山=/?时，齐次线性方程组有非零解的充要条件是它的系数行列式\A\=0.)注：1、基础解系不唯一，但是它们所含解向量的个数相同，且基础解系所含解向量的个数等于n-r(A).2、非齐次线性方程组AX=B的同解方程组的导出方程组(简称“导出组”)为齐次线性方程组AX=O所对应的同解方程组。
由上述定理可知，若加是系数矩阵的行数(也即方程的个数)，"是未知量的个数，则有：(1)当加<"时，r(A)<m<n,此时齐次线性方程组一定有非零解，即齐次方程组中未知量的个数大于方程的个数就一定有非零解；(2)当/；/ = //时，齐次线性方程组有非零解的充要条件是它的系数行列式卜| = 0；(3)当m =八且HA)="时，若系数矩阵的行列式则齐次线性方程组只有零解；(4)当川>”时，若r(A) < n ,则存在齐次线性方程组的同解方程组；若r(A) > n ,则齐次线性方程组无解。
1、求AT= 0 (A为m x //矩阵)通解的三步骤(1)A^-^C (行最简形)；写出同解方程组6T=0.(2)求出6T=0的基础解系⑶ 写出通解*=人刍+心金+•・・ + /-总t其中 7 也为任意常数.所以，原方程组的通解为X=k^+k2^2+k^ (人，町,2R).二、非齐次线性方程组的解法求AX- b的解(A mxn r(A) = r )用初等行变换求解，不妨设前r列线性无关(1) <+1工0时，原方程组无解.⑵= 0” = ”时,原方程组有唯一解.⑶〃冲=0” S时,原方程组有无穷多解.其通解为焉爲+••• + &・《“，也,…,咕为任意常数。
已知非齐次线性方程组
常数项不全为零的线性方程组称为非齐次线性方程组。
非齐次线性方程组的表达式为：ax=b非齐次线性方程组ax=b有解的充分必要条件是：系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩，即rank(a)=rank(a, b)（否则为无解）。
含n-r个参数的通解。
求解的存有性
非齐次线性方程组有唯一解的充要条件是rank(a)=n。
非齐次线性方程组存有无穷多求解的充要条件就是rank(a)\ucn。
（rank(a)则表示a
的秩）
解法
非齐次线性方程组ax=b的解步骤：
（1）对增广矩阵b施行初等行变换化为行阶梯形。
若r(a)\ucr(b)，则方程组无解。
（2）若r(a)=r(b)，则进一步将b化成行及最简形。
（3）设r(a)=r(b)=r；把行最简形中r个非零行的非0首元所对应的未知数用其余
n-r个未知数（自由未知数）表示，并令自由未知数分别等于c1，c2，..-r，即可写出。
线性方程组解的结构(解法）一、齐次线性方程组的解法【定义】 ｒ(A ）＝ ｒ <n ，若AX ＝ 0（Ａ为m n ⨯矩阵)的一组解为,,,n r -12ξξξ ,且满足:（1) ,,,n r -12ξξξ线性无关；(2) A Ｘ = 0 的)任一解都可由这组解线性表示. 则称,,,n r -12ξξξ为A Ｘ = 0的基础解系.称n r n r k k k --=+++1122X ξξξ为A Ｘ ＝ 0的通解 。
其中k １，ｋ2,…, k ｎ-r 为任意常数).齐次线性方程组的关键问题就是求通解， 而求通解的关键问题是求基础解系． 【定理】 若齐次线性方程组A Ｘ ＝ 0有解，则(1) 若齐次线性方程组AX = 0(Ａ为m n ⨯矩阵）满足()r A n =，则只有零解; (２) 齐次线性方程组有非零解的充要条件是()r A n <．（注：当m n =时，齐次线性方程组有非零解的充要条件是它的系数行列式0A =.）注:1、基础解系不唯一，但是它们所含解向量的个数相同，且基础解系所含解向量的个数等于()n r A -. 2、非齐次线性方程组AX B =的同解方程组的导出方程组(简称“导出组”）为齐次线性方程组AX O =所对应的同解方程组。
由上述定理可知，若m 是系数矩阵的行数（也即方程的个数），n 是未知量的个数，则有：（1） 当m n <时，()r A m n ≤<,此时齐次线性方程组一定有非零解,即齐次方程组中未知量的个数大于方程的个数就一定有非零解；(２）当m n =时，齐次线性方程组有非零解的充要条件是它的系数行列式0A =； (3）当m n =且()r A n =时，若系数矩阵的行列式0A ≠,则齐次线性方程组只有零解； （4）当m n >时,若()r A n ≤，则存在齐次线性方程组的同解方程组;若()r A n >,则齐次线性方程组无解。
1、求AX = 0(A 为m n ⨯矩阵)通解的三步骤(１）−−→A C 行(行最简形); 写出同解方程组CX =0． (2) 求出ＣX =0的基础解系,,,n r -12ξξξ;(3) 写出通解n r n r k k k --=+++1122X ξξξ其中k 1，k 2,…， k n-r 为任意常数.【例题1】 解线性方程组12341234123412342350,320,4360,2470.x x x x x x x x x x x x x x x x +-+=⎧⎪++-=⎪⎨+-+=⎪⎪-+-=⎩解法一：将系数矩阵A 化为阶梯形矩阵12472315071014312143001641367124726000743A --⎡⎤⎢⎥-⎡⎤-⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥=→→-⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥--⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎣⎦显然有()4r A n ==,则方程组仅有零解，即12340x x x x ====.解法二:由于方程组的个数等于未知量的个数(即m n =)（注意:方程组的个数不等于未知量的个数(即m n ≠),不可以用行列式的方法来判断),从而可计算系数矩阵A 的行列式:23153121327041361247A --==≠---,知方程组仅有零解，即12340x x x x ====.注:此法仅对n 较小时方便【例题2】 解线性方程组12345123452345123450,3230,2260,54330.x x x x x x x x x x x x x x x x x x x ++++=⎧⎪+++-=⎪⎨+++=⎪⎪+++-=⎩解:将系数矩阵A 化为简化阶梯形矩阵11111321130122654331A ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥=⎢⎥⎢⎥-⎣⎦1412(5)(3)r r r r ⨯-+⨯-+−−−−→11111012260122601226⎡⎤⎢⎥----⎢⎥⎢⎥⎢⎥----⎣⎦2123242(1)(1)r r r r r r r ++⨯-+-⨯−−−−→10115012260000000000---⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦可得()2r A n =<，则方程组有无穷多解,其同解方程组为134523455,226.x x x x x x x x =++⎧⎨=---⎩(其中3x ，4x ,5x 为自由未知量）令31x =，40x =，50x =,得121,2x x ==-; 令30x =，41x =，50x =,得121,2x x ==-; 令30x =，40x =，51x =,得125,6x x ==-，于是得到原方程组的一个基础解系为112100ξ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦,212010ξ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦,356001ξ⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦.所以,原方程组的通解为 112233X k k k ξξξ=++（1k ,2k ，3k R ∈）. 二、非齐次线性方程组的解法 求 AX ＝ ｂ 的解(,()m n r r ⨯=A A ） 用初等行变换求解,不妨设前ｒ列线性无关1112111222221()00rn r n rrrn r r c c c c d c c c d c c d d +⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥−−→⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦A b 行其中 0(1,2,,),ii c i r ≠= 所以知1(1)0r d +≠时,原方程组无解．1(2)0,r d r n +==时,原方程组有唯一解. 1(3)0,r d r n +=<时，原方程组有无穷多解．其通解为01122n r n r k k k --=++++X ξξξη，12,,,n r k k k -为任意常数。
