题目
已知m×n矩阵A的秩为n-1,α 1,α 2是齐次线性方程组AX=0的两个不同的解,k为任意常数,则方程组AX=0的通解为( )A. kα 1B. kα 2C. k(α 1+α 2)D. k(α 1-α 2)
已知m×n矩阵A的秩为n-1,α
1,α
2是齐次线性方程组AX=0的两个不同的解,k为任意常数,则方程组AX=0的通解为( )
A. kα 1
B. kα 2
C. k(α 1+α 2)
D. k(α 1-α 2)
题目解答
答案
D. k(α
1-α
2)
解析
考查要点:本题主要考查齐次线性方程组解的结构,特别是通解的表达形式。关键在于理解解空间的维数与系数矩阵秩的关系,以及基础解系的确定。
解题核心思路:
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确定解空间的维数:由矩阵$A$的秩$r = n-1$,根据解空间维数公式$n - r$,可得解空间是一维的。
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基础解系的构造:齐次方程组的不同解$\alpha_1$和$\alpha_2$的差$\alpha_1 - \alpha_2$是非零解,且可作为基础解系的唯一向量。
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通解形式:通解为基础解系的任意标量倍,即$k(\alpha_1 - \alpha_2)$。
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解空间的维数
矩阵$A$的秩为$n-1$,根据解空间维数公式:
$\text{解空间维数} = n - r = n - (n-1) = 1.$
因此,方程组$AX=0$的解空间是一维的,通解只需一个基础解系的线性组合。 -
基础解系的确定
- $\alpha_1$和$\alpha_2$是$AX=0$的两个不同解,故它们的差$\alpha_1 - \alpha_2$也是解。
- 由于解空间是一维的,$\alpha_1 - \alpha_2 \neq 0$(否则$\alpha_1 = \alpha_2$,与题意矛盾),因此$\alpha_1 - \alpha_2$可作为基础解系的唯一向量。
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通解的表达
通解为基础解系的任意标量倍,即:
$k(\alpha_1 - \alpha_2), \quad k \in \mathbb{R}.$
对比选项,正确答案为D。