自考《線性代數(shù)》重難點解析與全真練習(三)

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一、重點
    1、理解:向量、向量運算以及向量的線性組合與線性表出,極大線性無關組的概念,線性相關與線性無關的概念,向量組的秩的概念,矩陣的秩的概念及性質,基礎解系的概念。
    2、掌握:向量的運算及運算規(guī)律,矩陣秩的計算,齊次、非齊次線性方程組解的結構。
    3、運用:線性相關、線性無關的判定,線性方程組解的判斷,齊次、非齊次線性方程組的解法。
    二、難點
    線性相關、線性無關的判定。向量組的秩與矩陣的秩的關系。方程組與向量組線性表示及秩之間的聯(lián)系。
    三、重點難點解析
    1、 n維向量的概念與運算
    1) 概念
    2) 運算
    若α=(a1,a2,…,an)T,β=(b1,b2,…,bn)T
    ①加法:α+β=(a1+b1 ,a2+b2 ,…,an+bn)T
    ②數(shù)乘:kα=(ka1,ka2,…,kan)T
    ③內(nèi)積:(α。β)=a1b1+a2b2+,…,+anbn=αTβ=βTα
    2、線性組合與線性表出
    3、線性相關與線性無關
    1)概念
    2)線性相關與線性無關的充要條件
    ①線性相關
    α1,α2,…,αs線性相關
    <==>齊次方程組(α1,α2,…,αs)(x1,x2,…,xs)T=0有非零解
    <==>向量組的秩r(α1,α2,…,αs)<s (向量的個數(shù))
    <==>存在某αi(i=1,2,…,s)可由其余s-1個向量線性表出
    特別的:n個n維向量線性相關<==>│α1α2…αn│=0
    n+1個n維向量一定線性相關
    ②線性無關
    α1,α2,…,αs線性無關
    <==>齊次方程組(α1,α2,…,αs)(x1,x2,…,xs)T=0只有零解
    <==>向量組的秩r(α1,α2,…,αs)=s (向量的個數(shù))
    <==>每一個向量αi(i=1,2,…,s)都不能用其余s-1個向量線性表出
    ③重要結論
    A、階梯形向量組一定線性無關
    B、若α1,α2,…,αs線性無關,則它的任一個部分組αi1,αi2,…,αi t必線性無關,它的任一延伸組必線性無關。
    C、兩兩正交,非零的向量組必線性無關。
    4、向量組的秩與矩陣的秩
    1)極大線性無關組的概念
    2)向量組的秩
    3)矩陣的秩
    ①r(A)=r(AT)
    ②r(A+B)≤r(A)+r(B)
    ③r(kA)=r(A),k≠0
    ④r(AB)≤min(r(A),r(B))
    ⑤如A可逆,則r(AB)=r(B);如B可逆,則r(AB)=r(A)
    ⑥A是m×n陣,B是n×p陣,如AB=0,則r(A)+r(B)≤n
    4)向量組的秩與矩陣的秩的關系
    ①r(A)=A的行秩(矩陣A的行向量組的秩)=A的列秩(矩陣A的列向量組的秩)
    ②經(jīng)初等變換矩陣、向量組的秩均不變
    ③若向量組(Ⅰ)可由(Ⅱ)線性表出,則r(Ⅰ)≤r(Ⅱ)。特別的,等價的向量組有相同的秩,但秩相同的向量組不一定等價。
    5、基礎解系的概念及求法
    1)概念
    2)求法
    對A作初等行變換化為階梯形矩陣,稱每個非零行中第一個非零系數(shù)所代表的未知數(shù)是主元(共有r(A)個主元),那么剩于的其他未知數(shù)就是自由變量(共有n- r(A)個),對自由變量按階梯形賦值后,再帶入求解就可得基礎解系。
    6、齊次方程組有非零解的判定
    1)設A是m×n矩陣,Ax=0有非零解的充要條件是r(A)<n,亦即A的列向量線性相關。
    2)若A為n階矩陣,Ax=0有非零解的充要條件是│A│=0
    3)Ax=0有非零解的充分條件是m<n,即方程個數(shù)<未知數(shù)個數(shù)
    7、非齊次線性方程組有解的判定
    1)設A是m×n矩陣,Ax=b有解的充要條件是系數(shù)矩陣A的秩等于增廣矩陣(A增)的秩,即r(A)=r(A增)
    2)設A是m×n矩陣,方程組Ax=b
    ①有解<==> r(A)=r(A增)=n
    ②有無窮多解<==> r(A)=r(A增)    ③無解<==> r(A)+1=r(A增)
    8、非齊次線性方程組解的結構
    如n元線性方程組Ax=b有解,設,η2,…,ηt是相應齊次方程組Ax=0的基礎解系,ξ是Ax=b的一個解,則k1η1+k2η2+…+ktηt+ξ是Ax=b的通解。
    1)若ξ1,ξ2是Ax=b的解,則ξ1-ξ2是Ax=0的解
    2)若ξ是Ax=b的解,η是Ax=0的解,則ξ+kη仍是Ax=b的解
    3)若Ax=b有解,則Ax=0只有零解;反之,當Ax=0只有零解時,Ax=b沒有無窮多解(可能無解,也可能只有解)
    四、題型及解題思路
    1、有關n維向量概念與性質的命題
    2、向量的加法與數(shù)乘運算
    3、線性相關與線性無關的證明
    1)定義法
    設k1α1+k2α2+…+ksαs=0,然后對上式做恒等變形(要向已知條件靠攏?。?BR>    ①由B=C可得AB=AC,因此,可按已知條件的信息對上式乘上某個A
    ②展開整理上式,直接用已知條件轉化為齊次線性方程組,最后通過分析論證k1,k2,…,ks的取值,得出所需結論。
    2)用秩(等于向量個數(shù))
    3)齊次方程組只有零解
    4)反證法
    4、求給定向量組的秩和極大線性無關組
    多用初等變換法,將向量組化為矩陣,通過初等變換來求解。
    5、求矩陣的秩
    常用初等變換法。
    6、求解齊次線性方程組與非齊次線性方程組