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文档简介
习题四
(A类)
i.用消元法解下列方程组.
玉+4X2-2X3+3X4=6,
Xj+2X2+2X3=2,
2工1+2X2+4X4=2,
⑵2^+5X2+2X3=4,
3xl+2X2+2K3-3X4=1,
+2x2+4X3=6;
x[+2X2+3X3-3X4=8;
【解】⑴
14-23614-236
220426)11021
(A:»=3
22-31322-31
123-38-J123-38-J
-14-236
0-32-1-5
0-12-9-2
0—25—62
一
-14-23614-236
01-29201-292
G+3令、
0-32-1-51+2丐00-4261
0-25-62_001126
-14-23614-236
01-29201-292
■+4,、
J
001126001126
00-42610007425
得
‘玉+4X2-2X3+3X4=6
x-2X+9X=2
<234
x3+12X4=6
74X4=25
所以
187
211
W
144
五
25
74
⑵
①
玉+2X2+2X3=2
2%+=4
5X2+2X3②
x,+2X+X=6
243③
解②-®X2得X2-2%3=0
③-①得2X3=4
得同解方程组
x}+2X2+2X3=2④
x2-2X3=0⑤
、2X=4
3⑥
由⑥得X3=2,
由⑤得X2=2X3=4,
由④得x\=2-2x3-2x2=-10,
得(%1rX2,X3)T=(-l0,4,2)T.
2.求下列齐次线性方程组的基础解系.
X-x2+5X3-x4=0,
x,+3X2+2尤3=0,
%+x2-2%3+3X4=0,
(1)<X1+5%+恐=0,(2)•
3x,-x,+8x,+x.=0,
3M+5x.+8%=0;
%+3X2-9X3+7X4=0;
X]+工2+2冗3+2工4+7工5=0,%+2々一2七+2%4—%5=0,
(3)<2%+3X+XX=0,
243+54(4)<%+2X2.天+3/-2/二°,
2xjx+x=0.
3网+5X2+6色+84=0;+4X2-7X3+A5
【解】(1)
x}+3X2+2X3=0,
<%,+5X2+x3=0,
3Xj+5X2+8X3=0.
'132"'132-'132'
Li、)+2令、
A=151CT02-102-1
_358_0-42_000
得同解方程组
玉+3X2+2X3=0
2X2一£=0
得基础解系为
(2)系数矩阵为
-1-15-1-15
11-2302-74
A=丐F、「2
3-181丐一3乙02-74
13-97_04-148_
1-15-1
02-74
r(A)=2.
0000
0000
,其基础解系含有4-/?(4)=2个解向量.
基础解系为
3
'1
7
2
1
0
⑶
112271F11227
450。二”>01-14
A=23r3~ir\01
3568OjL0202-21
11227
o101-14
00007
得同解方程组
%+%2+2刍+2X4+7X5=0,
x2+x4-14X5=0,
7X5—0—尢弓—0.
10
取3=八,得基础解系为
_%」L°JLL
(-2,o,i,o,O)T,(—I,-i,o,i,o).
(4)方程的系数矩阵为
12-22-「■12-22-1'
/F、
A=12-13-2丐-2”0011-1
24-71100-3-33_
12-22-1
0011-1H(4)=2,
00000
・・・基础解系所含解向量为〃-RA)=5-2=3个
取x4为自由未知量
得基础解系
3.解下列非齐次线性方程组.
%+9+2X=1,
32玉+4-工3+14=1,
2x]一%+2X3=4,
⑴4⑵《4再+2X2-2X3+x4=2,
x]-2X2=3,
2x,+x2-x3-x4=1;
4%j+%+4X3=2;
%+/+元3+工4+毛=7,
x}_2X2+x3+x4=1,
3%]+2xo+毛+匕-3元5=-2,
(3)<Xj—2X2+X3—X4=-1,
x2+2K3+2X4+6X5=23,
X)-2X2+x3+x4=5;
5工1+4X24-3X3+3X4-x5=12.
【解】
(1)方程组的增广矩阵为
'i12।r-1121'
2-12!40-3-22
:为一27j〉
(Ab)=乃F
1-20:34-4”0-3-22
41420-3-4-2
-1121--112r
1
0-3-22-5”>50-3-22
00000012
00-2-4_0000
得同解方程组
%)+x2+2X3=1
<-3%—2看—2
尤3=2
(2)方程组的增广矩阵为
-21-11r■21-11r
(4闻=42-212令-2/j000-10
_21-1-11000-20
得同解方程组
2玉+/_13+14=L
-x4=0,n玉二°
—2%=0,
即
2xl+x2-Xj=1,
■X4=0«
令玉=当=0得非齐次线性方程组的特解
xT=(0,1,0,0)T.
又分别取
得其导出组的基础解系为
方程组的解为
一11[1]
0
22
1
x=+K1+k?0kkGR
0v2
01
0[0J[o_
1-21111'-1-211[1
⑶1-21-1!-1000-21-2
1-r\1
1-211;5.0000i4
RA)HR(Z)方程组无解.
(4)方程组的增广矩阵为
'11111!7''1111117
.3211-3-20-1-2-2-6-23
(A:Z>)=
0122623q-5/j0122623
5433-1120-1-2-2-6|-23
111117
»°T-2-2-6-23
K000000
000000
分别令
k、,k,,k3GR.
令%=%=%=°,
得非齐次线性方程组的特解为:炉=(_16,23,0,0,09,
方程组的解为
-16511
23—6-2-2
x=0+K0+k21+"30
0001
0100
其中心占,匕为任意常数•
4.某工厂有三个车间,各车间相互提供产品(或劳务),今年各车间出厂产量及对其它车间
的消耗如下表所示.
、车间
出厂产量总产量
123
(万元)(万元)
车间
10.10.20.4522X\
20.20.20.30X2
30.500.1255.6无3
表中第一列消耗系数0.1,0.2,0.5表示第一车间生产1万元的产品需分别消耗第一,二,
三车间0.1万元,0.2万元,0.5万元的产品;第二列,第三列类同,求今年各车间的总产量.
解:根据表中数据列方程组有
x,-0.lx(-0.2尤2-0.45七=22,
<x2-0.2%)-0.2JC2-O.3X3=0,
-0.5%(-0.12X3=55.6,
0.9x(-0.2X2-0.45尤3=22,
即<0.2X(-0.8x,+O.3X3=0,
0.5%一0.88七=—55.6,
\=100,
解之,x2-70,
刍=120;
5.4取何值时,方程组
AXy+X2+X3-1,
《玉+A,X2+x3=2,
2
x}+x2+2X3=A,
(1)有惟一解,(2)无解,(3)有无穷多解,并求解.
【解】方程组的系数矩阵和增广矩阵为
'A1r'A11;1
A=121;B=1212
11211/d公
|A|=(A—I)2(A+2).
(1)当;IW1且/IW-2时,|4|#0,R(A)=R(B)=3.
方程组有惟一解
-2-11(2+1)2
2+22A+23(2+2)
(2)当/1=一2时,
--2111--1-21-2
1GF
B=1-21-2-211攵+2/j
11-24__11-24
-1-21—2一-21一2一
0-33-3T0-33-3,
03-3160003_
R(A)/R(8),,方程组无解.
⑶当;1=1时
一1111f'iiiir
B=11111000i0
今一4
1111100010
R(A)=R⑻<3,方程组有无穷解.
得同解方程组
得通解为
--T■f
无2=匕1+k?0+0,sR.
_o_10
6.齐次方程组
/lx+y+z=0,
〈x+Xy—z=0,
2x-y+z=0
当/i取何值时,才可能有非零解?并求解.
【解】方程组的系数矩阵为
211
A=1A—1
2-11
|A|=(2-4)(2+l)
当|A|=0即;1=4或X=-l时,方程组有非零解.
(i)当;I=4时,
41114-114-1
支、
A=14-1■>4110-155
r3~2r\
2-112-110-93
一-
14-114-1
1
6—
-4->0-310-31
0-31000
得同解方程组
王3
%+4X2一天=0
X2k1keR
—3%2+尤3=0
X33
1
(ii)当4=T时,
-1111-1
A1-1-14—“■»-11
2-112-1
得
X|一工2_%3=0
=><
x2+=0
(X,X2,%3¥=k•(一2,—3,1)T*eR
7.当〃力取何值时,下列线性方程组无解,有惟一解或无穷多解?在有解时,求出其解.
工%+%+&+/=0
X1+2X2+33—=1
%+%2+2%3+3X=1x+2X+2X=1
(1)4⑵<234
3xl-x2-x3-2X4=a-%2-(Q_3)此3_2%=b
2x,+3X-x+bx=-6ax
2343%+2X2+%3+4=-1
【解】方程组的增广矩阵为
(1)
123-1!1123-1i1
.11231乃一,0-1-14;0
(A:5)=6山、1r3-7r2
3-1-1-2a*4-2q'0-7-101ci—3rA-r2
23Tb-6_0-1-7b+2-8_
-123-1:1123-1:1
0-1-1400-1-140
------->
00-3-27a-300-3-27a-3,
00-6b-2|-8000b+52-2a--2_
(i)当b^-52时,方程组有惟一解
a4(。+1)cz-326(a+l)
3h+523h+52
Q—318(Q+1)2(。+1)
-3b+524b+52
(ii)当b=-52,。#-1时,方程组无解.
(iii)当6=-52,o=-l时,方程组有无穷解.
得同解方程组
一
玉+2X2+3七%4=1
<—%2—83+4/0
一3xj—27———4
玉+2X2+3X3-Z=0
其导出组<-X2-X3+4X4=0的解为
——27X4=0
-尤「
无।=2%,-2-
x=13X13
24/=k.keR
毛=-9%4,X3-9
./=必_X4._1_
非齐次线性方程组(*)的特解为
5
3
取X4=l,
/.原方程组的解为
keR
⑵
■1111o-
01221
(A:&)=
0-1(a—3)-2b忆-3”
321a-1
11110
1
0122口+令
00a-\0b+i
0-1-2a-3-1
1111i0
012211
00a-\01b+l
000a-\|0
(i)当o-lWO时,R(A)=H(才)=4,方程组有惟一解.
b-a+2
a-i
。—2b—3
a-\
匕+1
a-\
0
(ii)当〃一1=0时为W—1时,方程组R(A)=2vH(彳)=3,
・・・此时方程组无解.
(iii)当〃=1,反-1时,方程组有无穷解.
得同解方程组
%+&+九3+Z=0,
x2+2X3+2X4=1.
取
=x3+x4-1,
・•・得方程组的解为
攵1,42£R
11
8.设4=22
33
【解】设B=(bib24),其中瓦(i=l,2,3)为列向量,
由
A3=OnA(4b24)=0
=>A4=0(i=l,2,3)
b24
的解.由
A
得同解方程组
玉
=—x2-2X3,
X2=x2,
尤3=%3,
其解为
kvk2eR
取
则
-20
100
010
9.已知7,%,箱是三元非齐次线性方程组AxH的解,且R(4)=l及
71+72
求方程组Ax=b的通解.
【解】Ax=b为三元非齐次线性方程组
R(A)=1=>Ax=O的基础解系中含有3-R(A)=3-l=2个解向量.
1-10
7一〃3=(7+%)-(%+%)0-1=-1
00
-1-T-0'
7一%=(7+小)一(%+7)=1-1二0
1-01
由"|,〃2,〃3为Ax=6的解=>7-7,〃1一小为Ax=O的解,
且(7一〃2)线性无关=7一名,7一〃2为Ax=O的基础解系.
又
〃3)]
,方程组Ax=b的解为
X=7+K(7—〃3)+42(7一〃2)
k、,k?GR
10.求出一个齐次线性方程组,使它的基础解系由下列向量组成.
设齐次线性方程组为Ax=O
由左或为AD的基础解系,可知
—2左1+3k>
x=
k2
令k\=X2,%2=X3
=>Ax=O即为XI+2X2-3%3=0.
-121~
-2-3-2
⑵4(白。6)=0=>4的行向量为方程组为(中2工3大4工5)021=0的解.
352
—1—3—2
xt—2X2+3X4-x5=0
即《
2玉一3X2+2X3+5X4-3/=0的解为
%-2X2+x3+2X4-2X5-0
1-203-f-1-203-1
丁4>
2-325-3为一2“012-1-1
1-212-2_001-1-1
TT
得基础解系为7=(-5-1110)T}2=(-l-1101)
-5-111()
A=
-1-1101
方程为
-5%j―工2+七+%4=°,
—Xj—/+无3+“5=
x,-x2=q
x-x=a
2325
1.证明:线性方程组<X3-X4=«3有解的充要条件是gq=0.
i=\
*4一天=%
x5-x{=a5
【解】
-1-1oooS
01-100ia2
M、
Z=001-10a3
0001-1a4
-10001|%
'1-1000I
01-100a2
nniinzr一+乃、
wuu।“3
0001-1a4
0—1001;+Oj
'1-1000iat
01-100a2
001—10:cty--->
0001-1aA
00—101:+a5.
-1-1000|q-
01-100a2
001-10%
0001-1a,
!5
00001i
;/=l
方程组有解的充要条件,即R(A)=4=R(A)
5
<=>=0得证.
/=1
12.设〃*是非齐次线性方程组Nx=b的一个解,。,务,…片,一是对应的齐次线性方程组的一
个基础解系.证明
(1)…©”,线性无关;
(2)rj力'*+Z-线性无关.
(证明]
(1)…域-线性无关Q
切*+女高=0成立,
当且仅当Jl,=0(i=l,2,-,n-r)>0
4(切*+Z高+…+*©_,)=0
^kAJ]*+klA^+-+kn_rA^_r=Q
:《,御,…,L为Ax=0的基础解系
=>A&=0(i=1,2,・・・,〃一r)
nkArf=0由于Arj=6w0
=kb=0=>k=0..
由于0,&,・・・片,〜为线性无关
%©…=。=%=0(,=1,2,・・・,〃-r)
・・・〃”,5忑2,…,e线性无关.
(2)证〃*,〃*+。,线性无关.
。krf+勺①*+露+…+*(〃*+J)=0成立
当且仅当k=0(i=l,2,…,〃-r),且仁0
切*+勺(〃+。)+…+kn_r⑺"+e„_r)=0
即
(k+KT-----1-kn_r)7+左高H------Hkn_r^n_r=0
由⑴可知,[*,舄,…©i线性无关.
即有ki=0(i=1,2,•••,n-r),K
Z+&I+冗n—r=0=>攵=0
丁川*+配…线性无关.
(B类)
1.B
2.C
3.D
4.C
5.t=-3
6.R(A)=2t2;2
7.设g,n2,…,ns是非齐次线性方程组Ax=b的一组解向量,如果cni+c2n2+-+csns也是
该方程组的一个解向量,则C1+C2+…+Cs=.
解:因为nI,。2,…,Qs是Ax=b的一组解向量,则Ani=b,An2=b,…,Ans=b,又
Gnl+C2n2+…+Csns也是Ax=b的一解向量,所以A(Gy+…+CsQs)=b,即C1Ani+
CAn2+…+CsAns=b,即Cib+C2b+-+Gb=b,(Cl+…+G)b=b,所以C+…+Cs=l.
8.设向量组四=(1,0,2,3),c(2~(111,3,5),(Xy—(11—1,a+2,1),cx^—(1,2,
4,a+8),£=(1,1,6+3,5)
问:(1)a,b为何值时,户不能由四,a2,%,a,线性表出?
(2)a,b为何值时,£可由名,a2,a,,见惟一地线性表出?并写出该表出式・
(3)a,6为何值时,£可由四,a2,。3,a」线性表出,且该表出不惟一?并写出
该表出式.
【解】
B=x.a,+x2a2+x3ai+x4a4
'1111i
-01-12i
A=(A:b)=6-24
23a+24b-卜3q-3/j
_351a+8f
riiiiIi1riiii!r
IJ
01-12I101-121
6F、
01a2h+l00a+\0b
02-2a+5\2000a+\\0
_«__•_
(1)/不能由%,a3,4线性表出。方程组(*)无解,即。+1=°,且・即。=-1,且
bWO.
⑵£可由四,a2,%,%惟一地线性表出O方程组(*)有惟一解,即。+1¥0,即a#-l.
(*)等价于方程组
Xj+x2+x3+x4=1
x2-x3+2X4=1
(4+1)忍=b
m+Dz=0
b…+1=2+1Q+/7+1
a+la+1a+1
2-0=-丝
。+1a+1
2ba+8+1b
-p=------a.+------------a,+------
a+1a+1a+1
⑶/可由a-a2,a,,%线性表出,且表出不惟一。方程组(*)有无数解,即有
a+1=0/=0=〃=-1,6=0.
Xy=k2-2区
x+x+x+x=\x=k-2k2+1
方程组(*)<=>>l2i4=>2}
x2—x3+2X4-1X:—k、
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