题目
设向量组α 1,α 2,α 3线性无关,向量β 1可由α 1,α 2,α 3线性表示,而向量β 2不能由α 1,α 2,α 3线性表示,则对于任意常数k,必有( ) A. α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性无关 B. α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性相关 C. α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2线性无关 D. α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2线性相关
设向量组α
1,α
2,α
3线性无关,向量β
1可由α
1,α
2,α
3线性表示,而向量β
2不能由α
1,α
2,α
3线性表示,则对于任意常数k,必有( )
A. α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性无关
B. α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性相关
C. α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2线性无关
D. α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2线性相关
A. α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性无关
B. α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性相关
C. α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2线性无关
D. α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2线性相关
题目解答
答案
【解法1】
由题设可知,α 1,α 2,α 3,β 2线性无关,且β 1可由α 1,α 2,α 3线性表示,
故存在不全为0的一组常数k 1,k 2,k 3使得:
β 1=k 1α 1+k 2α 2+k 3α 3,
对于选项A和B:
(α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2)=(α 1,α 2,α 3,kk 1α 1+kk 2α 2+kk 3α 3+β 2)→(α 1,α 2,α 3,β 2)(初等列变换),
因此:
r(α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2)=r(α 1,α 2,α 3,β 2)=4.
故:α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性无关,
选项A正确,选项B错误.
对于选项C:
当k=0时,(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1)为线性相关的,
因此C选项是错误.
对于选项D:
当k=1时,
(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1)=(α 1,α 2,α 3,k 1α 1+k 2α 2+k 3α 3+β 2)→(α 1,α 2,α 3,β 2)
故:r(α 1,α 2,α 3,β 1+β 2)=r(α 1,α 2,α 3,β 2)=4,
从而:α 1,α 2,α 3,β 1+β 2线性无关.
因此D选项是错误.
综上所述,故选:A.
【解法2】
取k为特殊值,并结合排除法进行判断:
对于选项A和B:
取k=0,
则 (α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2)=(α 1,α 2,α 3,β 2).
因为α 1,α 2,α 3线性无关,且β 2不能由α 1,α 2,α 3线性表出,
故α 1,α 2,α 3,β 2线性无关,可排除B.
对于选项C:
取k=0,则(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1),
因为β 1可由α 1,α 2,α 3线性表出,故α 1,α 2,α 3,β 1线性相关,可排除C.
对于选项D:
取k=1,则(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1+β 2),
因为β 1可由α 1,α 2,α 3线性表出,且β 2不能由α 1,α 2,α 3线性表出,
故α 1,α 2,α 3,β 1+β 2线性无关,可排除D.
故选:A.
由题设可知,α 1,α 2,α 3,β 2线性无关,且β 1可由α 1,α 2,α 3线性表示,
故存在不全为0的一组常数k 1,k 2,k 3使得:
β 1=k 1α 1+k 2α 2+k 3α 3,
对于选项A和B:
(α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2)=(α 1,α 2,α 3,kk 1α 1+kk 2α 2+kk 3α 3+β 2)→(α 1,α 2,α 3,β 2)(初等列变换),
因此:
r(α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2)=r(α 1,α 2,α 3,β 2)=4.
故:α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2线性无关,
选项A正确,选项B错误.
对于选项C:
当k=0时,(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1)为线性相关的,
因此C选项是错误.
对于选项D:
当k=1时,
(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1)=(α 1,α 2,α 3,k 1α 1+k 2α 2+k 3α 3+β 2)→(α 1,α 2,α 3,β 2)
故:r(α 1,α 2,α 3,β 1+β 2)=r(α 1,α 2,α 3,β 2)=4,
从而:α 1,α 2,α 3,β 1+β 2线性无关.
因此D选项是错误.
综上所述,故选:A.
【解法2】
取k为特殊值,并结合排除法进行判断:
对于选项A和B:
取k=0,
则 (α 1,α 2,α 3,kβ 1+β 2)=(α 1,α 2,α 3,β 2).
因为α 1,α 2,α 3线性无关,且β 2不能由α 1,α 2,α 3线性表出,
故α 1,α 2,α 3,β 2线性无关,可排除B.
对于选项C:
取k=0,则(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1),
因为β 1可由α 1,α 2,α 3线性表出,故α 1,α 2,α 3,β 1线性相关,可排除C.
对于选项D:
取k=1,则(α 1,α 2,α 3,β 1+kβ 2)=(α 1,α 2,α 3,β 1+β 2),
因为β 1可由α 1,α 2,α 3线性表出,且β 2不能由α 1,α 2,α 3线性表出,
故α 1,α 2,α 3,β 1+β 2线性无关,可排除D.
故选:A.
解析
考查要点:本题主要考查向量组的线性相关性、线性表示与向量组秩的关系。
解题核心思路:
- 线性无关组的性质:若向量组线性无关,添加一个可被其线性表示的向量后,秩不变;添加一个不可被其线性表示的向量后,秩增加。
- 关键推论:
- 若 $\beta_1$ 可由 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 线性表示,则 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta_1$ 线性相关。
- 若 $\beta_2$ 不能由 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$ 线性表示,则 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta_2$ 线性无关。
- 选项分析:通过分析 $k\beta_1 + \beta_2$ 和 $\beta_1 + k\beta_2$ 的线性组合是否改变向量组的秩,判断其相关性。
选项A和B分析
关键步骤:
- 表达式变形:
$k\beta_1 + \beta_2 = k(k_1\alpha_1 + k_2\alpha_2 + k_3\alpha_3) + \beta_2 = (kk_1)\alpha_1 + (kk_2)\alpha_2 + (kk_3)\alpha_3 + \beta_2$。 - 秩不变性:
通过初等列变换,$\text{rank}(\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, k\beta_1 + \beta_2) = \text{rank}(\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta_2) = 4$。 - 结论:
$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, k\beta_1 + \beta_2$ 线性无关,故 A正确,B错误。
选项C分析
关键步骤:
- 取特殊值:当 $k=0$ 时,$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta_1$ 中 $\beta_1$ 可被原向量组表示,故线性相关。
- 结论:C错误。
选项D分析
关键步骤:
- 取特殊值:当 $k=1$ 时,$\beta_1 + \beta_2$ 中 $\beta_1$ 可被原向量组表示,但 $\beta_2$ 不能,故 $\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \beta_1 + \beta_2$ 线性无关。
- 结论:D错误。