当系数矩阵(m行n列)的秩为n,即r(A)=n(a1,a2,a3,..,an线性无关)
当 ( 线性相关)时,方程组有非零解(无穷多解),且有 n-r 个线性无关解(即有n-r个自由变量是不受限制的)
(充要条件)基础解系:设 满足
①是方程组 的解;
②线性无关;
③方程组 Ax = 0 的任一解均可由 线性表示,
则称 为 的基础解系。
通解:设 是的基础解系,则 是方程组 的通解(联系第三讲的空间坐标),其中 是任意常数
除了设向量利用正交的方法,还可以用向量积
齐次线性无关解的个数s=未知量个数-真实约束的个数=n-r(r为系数矩阵的秩)
"真实约束个数" 是指线性方程组中独立方程的数量,它直接影响解的性质和解空间的维度。
基础解系的个数唯一,从基础解系的样子就可得出基础解系有多少个,进而可以得出系数矩阵的秩,但基础解系不唯一
齐次方程组必有零解
若(b 不能由 线性表示),则方程组无解;
若 (即 线性无关, 线性相关),则方程组有唯一解;
若 ,则方程组有无穷多解。
设 是非齐次线性方程组 的解, 是对应齐次线性方程组 A 的解,则:
是的解;
是 的解
最佳近似解思想:若无解,那么就需要在空间中找到一个最佳近似解,使得充分逼近,可以这样理解,在一个二维平面中(由组成,为列向量),向量是不属于这个平面的,但可以在这个平面找到一个最佳近似解,使得并保证之间的充分小,即是要垂直于构成的平面,而垂直的向量,所以垂直于构成的平面,有
非齐次线性方程组要么无解,要么没有解,,要么就是有无穷解
齐次线性方程组
的解是使 的线性组合为零向量时的线性组合的系数。
非齐次线性方程组
的解是 由 线性表示时的表示系数。
看到基础解系的形式必能得到矩阵的秩等一系列相关信息
基础解系:方程组全部解的极大线性无关组
基础解系中解向量均是线性无关的.
Ax=0齐次线性方程组中基础解系中有
n−r(A)个(线性无关)的解向量.
Ax=b非齐次线性方程解向量中有 n−r(A)+1个(线性无关)的解向量
齐次线性方程组 和的公共解是满足方程组
的解,即联立求解新方程组的解。
若给出 的基础解系 和 B的具体表达式,则先写出 的通解 ,代入 ,求出 之间的关系,代回 的通解,即可得 与 的公共解。
若给出的基础解系 与 的基础解系 ,则 Ax = 0 与 Bx = 0的公共解 ,即
解此式,求出 或 ,即可求出y。
跳过第一问,方法一解这样的方程组无非就是多增加了约束条件B
若两个方程组 和 有完全相同的解,则称它们为同解方程组。
Ax=0 的解满足Bx=0,且 Bx=0 的解满足 Ax=0(互相把解代入求出结果即可,此外还可得出Ax=0和Bx=0必有公共零解
r(A) = r(B),且 Ax=0 的解满足 Bx=0(或 Bx=0 的解满足 Ax=0)
(三秩相同,此方法最为简单)(回忆上一讲等价向量组的三秩相同是哪三秩)
极大无关组的秩(r)和通解方程组的秩(n-r),若同解,说明解空间的基础解系相同,即解空间的秩相同,根据,可以得知系数矩阵的秩也相同,,,,所以就有了上面所说的三秩相同
解空间其实就是正交补空间,齐次方程组就是空间中的一组向量,找到另外一个空间,使之垂直于这个方程组构成的子空间,而方程组构成的空间和正交补空间,也就构成了整体的空间,这就是为什么s=n-r,系数矩阵的秩也就是这个方程组构成空间的维度,这就是秩的意义
这里类似于等价向量组,需要结合起来一起来记,也需要区分他们之间的关系