向量组及其线性组合
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在空间直角坐标系中,描述一个向量时,只需写出3个分量的一个特定的线性组合;
分量全为实数的向量称为实向量,分量为复数的向量称为复向量。未特别指明时,均为实向量;
n维向量可写成一行,也可以写成一列;分别称为行向量和列向量,也就是行矩阵和列矩阵,并规定行向量与列向量都按矩阵的运算规则进行运算。因此,由a1,a2.....an组成的分别组成的行向量和列向量是两个不同的向量;
黑体小写字母a,b表示列向量,aT,bT表示行向量;
当一个向量未指明向量是行向量还是列向量时,均表示列向量;
若干个维数相同 向量构成一个向量组;
注:b=λ1a1+λ2a2+....+λmam该方程中,A为向量组,b为列向量,该方程对应的为一个m维的方程组;
向量b由向量组线性表示示例:;
注:此处bj中的每个分量与向量a1,a2....am都对应一个k的列向量;
若矩阵A与B行(列)等价,则A的行(列)向量组与B的行(列)向量组等价;
示例:;
定理2也可表述为:;
(矩阵k为该矩阵方程的解)
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矩阵行(列)向量组的等价性
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向量组的线性相关性
对于含2个向量a1,a2的向量组,它线性相关的充分必要条件是a1,a2的分量对应成比例,其几何意义是两向量共线;3个向量线性相关的几何意义是三向量共面;
向量组A:a1,a2....am(m>=2)线性相关,也就是在向量组A中至少有一个向量能由其余m-1个向量线性表示;
向量组的线性相关与线性无关的概念也可移用于线性方程组。当方程组中有某个方程是其余方程的线性组合时,这个方程就是多余的,这时称方程组(各个方程)是线性相关的;当方程组中没有多余方程,就称该方程组(各个方程)线性无关(或线性独立);
;注:该结论可以用来证明向量组A的线性无关性;
推论:;
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对于至少有两个向量的向量组,我们有以下重要结论:
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定理4的另一种表述:
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注:线性相关是单目运算符,是针对某一个向量组的描述;
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向量组的秩
注:最大线性无关向量组可以用最少的向量来表示全组向量;
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注:
定理2,定理3的另外一种表述:
;注:该引理为定理6的引理;
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注:等价向量组必等秩,等秩的向量组不一定等价;
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向量组的秩示例:;
示例2:,
化为行最简形C得:,
得到用极大线性无关组表示多余组的表达式:,
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线性方程组的解的结构
1)齐次线性方程组
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要求齐次线性方程组的通解,只需求出它的一个基础解系,通解为基础解系的线性组合;
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齐次线性方程组的解的结构为:
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注:齐次线性方程组Ax=0的基础解系不是唯一的,由于解集S的任意两个基础系都与S等价,因此这两个基础解系也等价,从而它们都有n-R(A)个解向量;反之,Ax=0的任意n-R(A)个线性无关的解向量都构成方程组的一个基础解系;
注:;
利用齐次线性方程组的解的结构讨论矩阵的秩
则
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2)非齐次线性方程组
向量空间
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注:证明某个向量的集合不是向量空间时,只需证明该向量集合不含零向量即可;
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注:,因a1,a2,a3线性无关(a1,a2,a3的行列式不等于0),则
,
(方法为
,得到向量组之间的线性关系
,
);
过渡矩阵
因,
;可以用该方法来求过渡矩阵;
空间直角坐标系中,我们平时用的坐标是以(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1)为基的三维向量空间;
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