线性代数第四版同济大学课后习题答案04

第一章 行列式 1利用对角线法则计算下列三阶行列式(1)381141102---解 381141102---2(4)30(1)(1)118 0132(1)81(4)(1)2481644 (2)b a c ac b cb a 解 ba c a cb cb aacb bac cba bbb aaa ccc3abc a 3b 3c 3(3)222111c b a cb a解 222111c b a c b abc 2ca 2ab 2ac 2ba 2cb 2 (a b )(b c )(c a )(4)yx y x xy x y yx y x +++解 yx y x x y x y yx y x +++x (x y )y yx (x y )(x y )yx y 3(x y )3x 3 3xy (x y )y 33x 2 y x 3y 3x 3 2(x 3y 3)2按自然数从小到大为标准次序求下列各排列的逆序数(1)1 2 3 4 解 逆序数为0 (2)4 1 3 2 解 逆序数为4 41 43 4232(3)3 4 2 1解 逆序数为5 3 23 14 24 1, 2 1(4)2 4 1 3 解 逆序数为3 2 1 4 1 4 3 (5)1 3(2n1) 2 4(2n )解 逆序数为2)1(-n n3 2 (1个) 5 2 5 4(2个) 7 2 74 7 6(3个)(2n 1)2 (2n1)4(2n1)6(2n1)(2n2)(n 1个)(6)1 3 (2n 1) (2n ) (2n 2)2解 逆序数为n (n1)3 2(1个) 5 2 54 (2个)(2n 1)2 (2n 1)4 (2n 1)6 (2n 1)(2n 2)(n1个)4 2(1个) 6 2 6 4(2个)(2n )2 (2n )4(2n )6(2n )(2n 2) (n1个)3写出四阶行列式中含有因子a 11a 23的项解 含因子a 11a 23的项的一般形式为 (1)t a 11a 23a 3r a 4s其中rs 是2和4构成的排列 这种排列共有两个即24和42所以含因子a 11a 23的项分别是 (1)t a 11a 23a 32a 44(1)1a 11a 23a 32a 44a 11a 23a 32a 44 (1)t a 11a 23a 34a 42(1)2a 11a 23a 34a 42a 11a 23a 34a 424计算下列各行列式(1)71100251020214214解 71100251020214214010014231020211021473234-----======c c c c 34)1(143102211014+-⨯---= 143102211014--=01417172001099323211=-++======c c c c(2)2605232112131412-解 2605232112131412-260503212213041224--=====c c 041203212213041224--=====r r0000003212213041214=--=====r r (3)efcf bf decd bd aeac ab ---解 ef cf bf de cd bd ae ac ab ---e c b e c b ec b adf ---=abcdefadfbce 4111111111=---=(4)dc b a100110011001---解 d c b a100110011001---dc b aab ar r 10011001101021---++===== dc a ab 101101)1)(1(12--+--=+01011123-+-++=====cd c ada ab dc ccdad ab +-+--=+111)1)(1(23abcd ab cd ad 15 证明:(1)1112222bb a a b ab a +(a b )3;证明1112222b b a a b ab a +00122222221213a b a b a a b a ab a c c c c ------=====ab a b a b a ab 22)1(22213-----=+21))((a b a a b a b +--=(a b )3(2)yx z x z y zy x b a bz ay by ax bx az by ax bx az bz ay bx az bz ay by ax )(33+=+++++++++;证明bzay by ax bx az by ax bx az bz ay bx az bz ay by ax +++++++++bz ay by ax x by ax bx az z bx az bz ay y b bz ay by ax z by ax bx az y bx az bz ay x a +++++++++++++=bz ay y x by ax x z bx az z y b y by ax z x bx az y z bz ay x a +++++++=22z y x y x z x z y b y x z x z y z y x a 33+=yx z x z y z y x b y x z x z y z y x a 33+=yx z xz y zy x b a )(33+=(3)0)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(2222222222222222=++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a ;证明2222222222222222)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a (c 4c 3 c 3c 2 c 2c 1得) 5232125232125232125232122222++++++++++++=d d d d c c c c b b b b a a a a (c 4c 3c 3c 2得)022122212*********222=++++=d d c c b b a a(4)444422221111d c b a d c b a d c b a (a b )(a c )(a d )(b c )(b d )(c d )(a b c d );证明444422221111d c b a d c b a d c b a )()()(0)()()(001111222222222a d d a c c a b b a d d a c c a b b ad a c a b ---------=)()()(111))()((222a d d a c c a b b d c b a d a c a b +++---= ))(())((00111))()((a b d b d d a b c b c c b d b c a d a c a b ++-++------=)()(11))()()()((a b d d a b c c b d b c a d a c a b ++++-----==(ab )(ac )(ad )(b c )(b d )(c d )(a b c d )(5)1221 1 000 00 1000 01a x a a a a x x xn n n+⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅---Λx n a 1x n 1a n 1x a n证明 用数学归纳法证明当n 2时 2121221a x a x a x a x D ++=+-=命题成立假设对于(n 1)阶行列式命题成立即 D n1x n 1a 1 x n 2a n 2x a n1则D n 按第一列展开 有11100 100 01)1(11-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--+=+-xx a xD D n n n n xD n 1a n x n a 1x n1a n 1x a n因此 对于n 阶行列式命题成立6设n 阶行列式Ddet(a ij ), 把D 上下翻转、或逆时针旋转90、或依副对角线翻转 依次得nnnn a a a a D 11111 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= 11112 n nn n a a a a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= 11113 a a a a D n nnn ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=证明DD D n n 2)1(21)1(--== D 3D证明 因为Ddet(a ij ) 所以nnn n n n nnnn a a a a a a a a a a D 2211111111111 )1( ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=- ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅--=-- )1()1(331122111121nnn n nn n n a a a a a a a a DD n n n n 2)1()1()2( 21)1()1(--+-+⋅⋅⋅++-=-=同理可证 nnn n n n a a a a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=- )1(11112)1(2D D n n T n n 2)1(2)1()1()1(---=-= DD D D D n n n n n n n n =-=--=-=----)1(2)1(2)1(22)1(3)1()1()1()1(7计算下列各行列式(D k 为k 阶行列式)(1)a aD n 11⋅⋅⋅=, 其中对角线上元素都是a未写出的元素都是0解aa a a a D n 010 000 00 0000 0010 00⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=(按第n 行展开))1()1(10 000 00 000 0010 000)1(-⨯-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=n n n aa a )1()1(2 )1(-⨯-⋅⋅⋅⋅-+n n n a a an n n nn a a a+⋅⋅⋅-⋅-=--+)2)(2(1)1()1(a n a n2a n 2(a 21)(2)xa a a x a a a xD n ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= ; 解 将第一行乘(1)分别加到其余各行得ax x a ax x a a x x a aa a x D n --⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅--⋅⋅⋅--⋅⋅⋅=000 0 00 0再将各列都加到第一列上得ax ax a x aaa a n x D n -⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-+=0000 0 000 00 )1([x (n 1)a ](x a )n1(3)111 1 )( )1()( )1(1111⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-=---+n a a a n a a a n a a a D n n n n n n n ; 解 根据第6题结果有nnn n n n n n n n a a a n a a a n a a aD )( )1()( )1( 11 11)1(1112)1(1-⋅⋅⋅--⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-=---++ 此行列式为范德蒙德行列式∏≥>≥++++--+--=112)1(1)]1()1[()1(j i n n n n j a i a D∏≥>≥++---=112)1()]([)1(j i n n n j i∏≥>≥++⋅⋅⋅+-++-⋅-⋅-=1121)1(2)1()()1()1(j i n n n n n j i∏≥>≥+-=11)(j i n j i(4)n nnnn d c d c b a b a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=11112;解nn nnn d c d c b a b a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=11112(按第1行展开)nn n n n nd d c d c b a b a a 00011111111----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=Λ0)1(1111111112c d c d c b a b a b nn n n n nn ----+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-+再按最后一行展开得递推公式 D 2na n d n D 2n2b nc n D 2n2即D 2n(a n d n b n c n )D 2n2于是 ∏=-=ni ii ii n Dc bd a D 222)(而 111111112c b d a d c b a D -==所以 ∏=-=ni ii ii n c b d a D 12)( (5) D det(a ij ) 其中a ij |ij |;解 a ij|ij |4321 4 01233 10122 21011 3210)det(⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅==n n n n n n n n a D ij n0 4321 1 11111 11111 11111 1111 2132⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅----⋅⋅⋅---⋅⋅⋅--⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-=====n n n n r r r r 152423210 22210 02210 00210 0001 1213-⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅----⋅⋅⋅---⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-+⋅⋅⋅+=====n n n n n c c c c (1)n 1(n1)2n2(6)nn a a a D +⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+=1 11 1 1111121, 其中a 1a 2 a n解nn a a a D +⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+=1 11 1 1111121nn n n a a a a a a a a a c c c c +-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-=====--10 0001 000 100 0100 0100 0011332212132 1111312112111011 000 00 11000 01100 001 ------+-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅=nn n a a a a a a a a∑=------+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=n i i n n a a a a a a a a 1111131******** 00010 000 00 10000 01000 001)11)((121∑=+=ni in a a a a Λ8用克莱姆法则解下列方程组(1)⎪⎩⎪⎨⎧=+++-=----=+-+=+++01123253224254321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解 因为14211213513241211111-=----=D142112105132412211151-=------=D 284112035122412111512-=-----=D426110135232422115113-=----=D 14202132132212151114=-----=D所以 111==DD x 222==DD x 333==DD x 144-==DD x(2)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=++=++=++=+150650650651655454343232121x x x x x x x x x x x x x解 因为665510006510006510065100065==D 150751001651000651000650000611==D 114551010651000650000601000152-==D 70351100650000601000051001653==D 395510601000051000651010654-==D 2121105100065100651100655==D 所以66515071=x 66511452-=x 6657033=x 6653954-=x 6652124=x9问取何值时 齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++0200321321321x x x x x x x x x μμλ有非零解解 系数行列式为μλμμμλ-==1211111D令D 0 得 0或1于是 当0或1时该齐次线性方程组有非零解10 问取何值时齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-++=+-+=+--0)1(0)3(2042)1(321321321x x x x x x x x x λλλ有非零解解 系数行列式为λλλλλλλ--+--=----=101112431111132421D (1)3(3)4(1)2(1)(3)(1)32(1)23 令D 0 得 0 2或3 于是 当2或3时该齐次线性方程组有非零解第三章 矩阵的初等变换与线性方程组1把下列矩阵化为行最简形矩阵(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛--340313021201解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--340313021201(下一步r 2(2)r 1 r 3(3)r 1 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---020*********(下一步 r 2(1) r 3(2))~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--010*********(下一步 r 3r 2)~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--300031001201(下一步 r 33 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--100031001201(下一步 r 23r 3)~⎪⎪⎭⎫⎝⎛-100001001201(下一步 r 1(2)r 2r 1r 3)~⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001000001(2)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----174034301320解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛----174034301320(下一步 r 22(3)r 1r 3(2)r 1 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---310031001320(下一步 r 3r 2r 13r 2)~⎪⎪⎭⎫⎝⎛0000310010020(下一步 r 12 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛000031005010(3)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------12433023221453334311解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------12433023221453334311(下一步 r 23r 1r32r 1 r 43r 1 )~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------1010500663008840034311(下一步 r2(4) r 3(3)r 4(5) )~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----22100221002210034311(下一步 r 13r 2r 3r 2r 4r2)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---00000000002210032011(4)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------34732038234202173132解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------34732038234202173132(下一步 r 12r 2r 33r 2r42r 2 )~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----1187701298804202111110(下一步 r 22r 1r 38r 1r 47r 1)~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--41000410002020111110(下一步 r 1r 2r 2(1) r 4r 3)~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----00000410001111020201(下一步 r 2r 3) ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--00000410003011020201 2 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛987654321100010101100001010A 求A解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001010是初等矩阵E (1 2) 其逆矩阵就是其本身⎪⎪⎭⎫⎝⎛100010101是初等矩阵E (1 2(1)) 其逆矩阵是E (1 2(1)) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=100010101⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=100010101987654321100001010A⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2872212541000101019873216543试利用矩阵的初等变换求下列方阵的逆矩阵(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛323513123解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛100010001323513123~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---101011001200410123~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----1012002110102/102/3023~⎪⎪⎭⎫⎝⎛----2/102/11002110102/922/7003~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----2/102/11002110102/33/26/7001故逆矩阵为⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----21021211233267(2)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1210232112201023解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----10000100001000011210232112201023~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----00100301100001001220594012102321~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------20104301100001001200110012102321~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------106124301100001001000110012102321 ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----------10612631110`1022111000010000100021 ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------106126311101042111000010000100001 故逆矩阵为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------106126311101042114(1)设⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=113122214A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=132231B 求X 使AX B解 因为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=132231 113122214) ,(B A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--412315210 100010001 ~r所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==-4123152101B A X(2)设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=433312120A ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=132321B 求X 使XA B解 考虑A T X TB T 因为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=134313*********) ,(T T B A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---411007101042001 ~r所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---==-417142)(1T T T B A X从而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛---==-4741121BA X5设⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=101110011A AX 2X A 求X解 原方程化为(A 2E )XA 因为⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------=-101101110110011011) ,2(A E A⎪⎪⎭⎫⎝⎛---011100101010110001~所以 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-=-011101110)2(1A E A X6在秩是r 的矩阵中,有没有等于0的r1阶子式 有没有等于0的r 阶子式解 在秩是r 的矩阵中可能存在等于0的r1阶子式也可能存在等于0的r 阶子式例如⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=010*********A R (A )3000是等于0的2阶子式10001000是等于0的3阶子式7 从矩阵A 中划去一行得到矩阵B 问AB 的秩的关系怎样 解 R (A )R (B )这是因为B 的非零子式必是A 的非零子式故A 的秩不会小于B 的秩8求作一个秩是4的方阵它的两个行向量是 (110)(11 00)解 用已知向量容易构成一个有4个非零行的5阶下三角矩阵⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0000001000001010001100001此矩阵的秩为4 其第2行和第3行是已知向量9求下列矩阵的秩并求一个最高阶非零子式(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443112112013;解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443112112013(下一步r 1r 2 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443120131211(下一步r 23r 1 r 3r 1 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛----564056401211(下一步r 3r 2 )~⎪⎭⎫ ⎝⎛---000056401211 矩阵的2秩为41113-=-是一个最高阶非零子式(2)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------815073*********解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073*********(下一步 r 1r2r 22r 1 r 37r 1 )~⎪⎭⎫ ⎝⎛------15273321059117014431(下一步 r 33r 2 )~⎪⎭⎫ ⎝⎛----0000059117014431矩阵的秩是2 71223-=-是一个最高阶非零子式(3)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---02301085235703273812解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---02301085235703273812(下一步r 12r 4 r 22r 4 r 33r 4 )~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------02301024205363071210(下一步 r 23r 1r 32r 1)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0230114000016000071210(下一步 r 216r 4r 316r 2)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-02301000001000071210~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-00000100007121002301矩阵的秩为3 070023085570≠=-是一个最高阶非零子式10 设A 、B 都是m n 矩阵 证明A ~B 的充分必要条件是R (A )R (B ) 证明 根据定理3 必要性是成立的充分性 设R (A )R (B ) 则A 与B 的标准形是相同的 设A 与B 的标准形为D 则有A ~D D ~B由等价关系的传递性 有A ~B11设⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=32321321k k k A 问k 为何值 可使 (1)R (A )1(2)R (A )2(3)R (A )3解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=32321321k k k A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-----)2)(1(0011011 ~k k k k k r(1)当k 1时 R (A )1 (2)当k 2且k1时 R (A )2 (3)当k 1且k2时R (A )312 求解下列齐次线性方程组:(1)⎪⎩⎪⎨⎧=+++=-++=-++02220202432143214321x x x x x x x x x x x x解 对系数矩阵A 进行初等行变换有A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--212211121211~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---3/410013100101于是 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-==4443424134334x x x x x x x x故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1343344321k x x x x (k 为任意常数) (2)⎪⎩⎪⎨⎧=-++=--+=-++05105036302432143214321x x x x x x x x x x x x解 对系数矩阵A 进行初等行变换有A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----5110531631121~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000001001021于是 ⎪⎩⎪⎨⎧===+-=4432242102x x x x x x x x故方程组的解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10010012214321k k x x x x (k 1 k 2为任意常数) (3)⎪⎩⎪⎨⎧=-+-=+-+=-++=+-+07420634072305324321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解 对系数矩阵A 进行初等行变换有A ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----7421631472135132~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1000010000100001于是 ⎪⎩⎪⎨⎧====00004321x x x x故方程组的解为⎪⎩⎪⎨⎧====0004321x x x x(4)⎪⎩⎪⎨⎧=++-=+-+=-+-=+-+03270161311402332075434321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解 对系数矩阵A 进行初等行变换有A ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----3127161311423327543~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000000001720171910171317301于是 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-=-=4433432431172017191713173x x x x x x x xx x故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1017201713011719173214321k k x x x x (k 1 k 2为任意常数)13 求解下列非齐次线性方程组:(1)⎪⎩⎪⎨⎧=+=+-=-+83111021322421321321x x x x x x x x解 对增广矩阵B 进行初等行变换有B ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--80311102132124~⎪⎭⎫ ⎝⎛----600034111008331于是R (A )2而R (B )3故方程组无解(2)⎪⎩⎪⎨⎧-=+-=-+-=+-=++69413283542432z y x z y x z y x z y x解 对增广矩阵B 进行初等行变换 有B ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----69141328354214132~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--0000000021101201于是 ⎪⎩⎪⎨⎧=+=--=zz z y z x 212即 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛021112k z y x (k 为任意常数)(3)⎪⎩⎪⎨⎧=--+=+-+=+-+12222412w z y x w z y x w z y x解 对增广矩阵B 进行初等行变换有B ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----111122122411112~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-00000010002/102/12/11于是 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===++-=0212121w z z y y z y x即 ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00021010210012121k k w z y x (k1k 2为任意常数)(4)⎪⎩⎪⎨⎧-=+-+=-+-=+-+2534432312w z y x w z y x w z y x解 对增广矩阵B 进行初等行变换 有B ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----253414312311112~⎪⎭⎫ ⎝⎛----000007/57/97/5107/67/17/101于是 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==--=++=w w z z w z y w z x 757975767171即 ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00757610797101757121k k w z y x (k 1 k 2为任意常数)14 写出一个以⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1042013221c c x为通解的齐次线性方程组解 根据已知可得⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10420132214321c c x x x x 与此等价地可以写成⎪⎩⎪⎨⎧==+-=-=2413212211432c x c x c c x c c x或 ⎩⎨⎧+-=-=432431432x x x x x x或 ⎩⎨⎧=-+=+-04302432431x x x x x x这就是一个满足题目要求的齐次线性方程组15取何值时非齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++23213213211λλλλλx x x x x x x x x(1)有唯一解(2)无解(3)有无穷多个解解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=21111111λλλλλB⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+----22)1)(1()2)(1(00)1(11011 ~λλλλλλλλλλr(1)要使方程组有唯一解 必须R (A )3 因此当1且2时方程组有唯一解. (2)要使方程组无解 必须R (A )R (B ) 故 (1)(2)0 (1)(1)2因此2时方程组无解(3)要使方程组有有无穷多个解必须R (A )R (B )3 故 (1)(2)0(1)(1)2因此当1时 方程组有无穷多个解.16 非齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-+=+--=++-23213213212222λλx x x x x x x x x当取何值时有解并求出它的解解⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=22111212112λλB ~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-----)2)(1(000)1(32110121λλλλ要使方程组有解 必须(1)(2)0 即12当1时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=121111212112B ~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000001101101方程组解为⎩⎨⎧=+=32311x x x x 或⎪⎩⎪⎨⎧==+=3332311x x x x x x 即 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛001111321k x x x (k 为任意常数)当2时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=421121212112B ~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000021102101方程组解为⎩⎨⎧+=+=223231x x x x 或⎪⎩⎪⎨⎧=+=+=33323122x x x x x x即 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛022111321k x x x (k 为任意常数)17 设⎪⎩⎪⎨⎧--=-+--=--+=-+-1)5(4224)5(2122)2(321321321λλλλx x x x x x x x x问为何值时 此方程组有唯一解、无解或有无穷多解 并在有无穷多解时求解解 B ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------154224521222λλλλ~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------)4)(1()10)(1(0011102452λλλλλλλλ要使方程组有唯一解 必须R (A )R (B )3 即必须(1)(10)所以当1且10时 方程组有唯一解.要使方程组无解 必须R (A )R (B ) 即必须(1)(10)0且(1)(4)0所以当10时方程组无解.要使方程组有无穷多解必须R (A )R (B )3 即必须(1)(10)0且(1)(4)0所以当1时 方程组有无穷多解此时，增广矩阵为B ~⎪⎪⎭⎫⎝⎛-000000001221方程组的解为⎪⎩⎪⎨⎧==++-=3322321 1x x x x x x x或 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00110201221321k k x x x (k 1 k 2为任意常数)18 证明R (A )1的充分必要条件是存在非零列向量a 及非零行向量b T使Aab T证明 必要性由R (A )1知A 的标准形为)0 , ,0 ,1(001000000001⋅⋅⋅⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅⋅=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅即存在可逆矩阵P 和Q使)0 , ,0 ,1(001⋅⋅⋅⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅=PAQ 或11)0 , ,0 ,1(001--⋅⋅⋅⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅=Q P A令⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅=-0011P a b T (1 00)Q1则a 是非零列向量 b T是非零行向量 且A ab T充分性因为a 与b T 是都是非零向量所以A 是非零矩阵从而R (A )1 因为 1R (A )R (ab T )min{R (a ) R (b T )}min{1 1}1 所以R (A )119 设A 为m n 矩阵 证明 (1)方程AX E m 有解的充分必要条件是R (A )m证明 由定理7 方程AXE m 有解的充分必要条件是R (A )R (A E m )而| E m |是矩阵(A E m )的最高阶非零子式故R (A )R (A E m )m 因此方程AX E m 有解的充分必要条件是R (A )m(2)方程YA E n 有解的充分必要条件是R (A )n证明 注意 方程YAE n 有解的充分必要条件是A T Y T E n 有解 由(1)A T Y T E n 有解的充分必要条件是R (A T )n 因此，方程YA E n 有解的充分必要条件是R (A )R (A T )n20 设A 为m n 矩阵 证明 若AX AY 且R (A )n 则X Y 证明 由AXAY 得A (X Y )O 因为R (A )n 由定理9 方程A (X Y )O 只有零解 即X Y O 也就是X Y第四章 向量组的线性相关性 1 设v 1(1 1 0)T v 2(0 11)T v 3(3 40)T 求v 1v 2及3v 12v 2v 3解 v 1v 2(1 1 0)T (0 1 1)T(10 11 01)T(10 1)T3v 12v 2v 33(11 0)T 2(0 1 1)T (3 4 0)T (31203 3121430210)T(012)T2 设3(a 1a )2(a 2a )5(a 3a ) 求a 其中a 1(2 5 13)Ta 2(10 1 5 10)T a 3(4 1 1 1)T 解 由3(a 1a )2(a 2a )5(a 3a )整理得)523(61321a a a a -+=])1 ,1 ,1 ,4(5)10 ,5 ,1 ,10(2)3 ,1 ,5 ,2(3[61T T T --+= (12 3 4)T 3 已知向量组A a 1(012 3)Ta 2(312)Ta 3(2 3 01)TBb 1(2112)Tb 2(0 211)T b 3(4 413)T证明B 组能由A 组线性表示 但A 组不能由B 组线性表示证明 由⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=312123111012421301402230) ,(B A ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------971820751610402230421301~r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------531400251552000751610421301 ~r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----000000531400751610421301~r 知R (A )R (A B )3所以B 组能由A 组线性表示由⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=000000110201110110220201312111421402~~r r B 知R (B )2 因为R (B )R (B A ) 所以A 组不能由B 组线性表示4已知向量组A a 1(0 1 1)Ta 2(11 0)TBb 1(1 0 1)Tb 2(1 21)Tb 3(3 2 1)T证明A 组与B 组等价证明 由⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=000001122010311112201122010311011111122010311) ,(~~r r A B 知R (B )R (BA )2 显然在A 中有二阶非零子式故R (A )2 又R (A )R (B A )2 所以R (A )2 从而R (A )R (B )R (A B ) 因此A 组与B 组等价 5已知R (a 1a 2a 3)2 R (a 2 a3 a 4)3 证明(1) a 1能由a 2a 3线性表示(2) a 4不能由a 1 a 2 a 3线性表示证明 (1)由R (a 2a 3a 4)3知a 2 a 3a 4线性无关故a 2 a 3也线性无关 又由R (a 1 a 2 a 3)2知a 1 a 2 a 3线性相关 故a 1能由a 2 a 3线性表示(2)假如a 4能由a 1 a 2 a 3线性表示 则因为a 1能由a 2a 3线性表示故a 4能由a 2 a 3线性表示 从而a 2 a 3 a 4线性相关 矛盾 因此a 4不能由a 1 a 2 a 3线性表示6判定下列向量组是线性相关还是线性无关(1) (1 3 1)T (2 1 0)T (1 4 1)T (2) (230)T(140)T(02)T解 (1)以所给向量为列向量的矩阵记为A 因为⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=000110121220770121101413121~~r r A所以R (A )2小于向量的个数从而所给向量组线性相关(2)以所给向量为列向量的矩阵记为B因为22200043012||≠=-=B所以R (B )3等于向量的个数从而所给向量组线性相无关7问a 取什么值时下列向量组线性相关a 1(a1 1)Ta 2(1a1)T a 3(1 1 a )T解 以所给向量为列向量的矩阵记为A由)1)(1(111111||+-=--=a a a aa a A知当a1、0、1时R (A )3此时向量组线性相关8设a 1 a 2线性无关 a 1b a 2b 线性相关 求向量b 用a 1 a 2线性表示的表示式解 因为a 1b a 2b 线性相关 故存在不全为零的数12使1(a 1b )2(a 2b )0由此得 2211121122121211)1(a a a a b λλλλλλλλλλλλ+--+-=+-+-=设211λλλ+-=c 则b c a 1(1c )a 2 c R9设a 1a 2线性相关b 1 b 2也线性相关 问a 1b 1 a 2b 2是否一定线性相关试举例说明之解 不一定 例如 当a 1(12)T , a 2(24)T , b 1(11)T , b 2(0 0)T时 有 a 1b 1(1 2)T b 1(0 1)T , a 2b 2(2 4)T (0 0)T (24)T而a 1b 1 a 2b 2的对应分量不成比例 是线性无关的10 举例说明下列各命题是错误的(1)若向量组a 1a 2 a m 是线性相关的则a 1可由a 2a m 线性表示解 设a 1e 1(1 0 0 0)a 2a 3 a m 0 则a 1 a 2a m 线性相关但a 1不能由a 2a m 线性表示(2)若有不全为0的数12m使1a 1 m a m1b 1m b m0 成立 则a 1 a 2a m 线性相关,b 1b 2b m 亦线性相关解 有不全为零的数12m使1a 1m a m1b 1m b m原式可化为1(a 1b 1)m(a mb m )0取a1e1b1a2e2b2a m e m b m其中e1e2 em为单位坐标向量则上式成立而a1a2a m 和b1b2b m均线性无关(3)若只有当12m全为0时等式1a1mam1b1mbm才能成立则a1a2a m线性无关, b1b2b m 亦线性无关解由于只有当12m全为0时等式由1a1mam1b1mbm成立所以只有当12m全为0时等式1(a1b1)2(a2b2)m(a m b m)0成立因此a1b1a2b2a m b m线性无关取a1a2a m0取b1b m为线性无关组则它们满足以上条件但a1a2a m线性相关(4)若a1a2a m线性相关, b1b2b m亦线性相关则有不全为0的数12m使1a1mam1b1mbm同时成立解a1(1 0)T a2(2 0)T b1(0 3)T b2(0 4)T1a12a21221b12b21(3/4)2120与题设矛盾11设b1a1a2b2a2a3 b3a3a4 b4a4a1证明向量组b1b2b3b4线性相关证明由已知条件得a1b1a2a2b2a3a3b3a4a4b4a1于是a1 b1b2a3b1b2b3a4b 1b 2b 3b 4a 1 从而 b 1b 2b 3b 40这说明向量组b 1b 2 b 3b 4线性相关12 设b 1a 1 b 2a 1a 2 b ra 1a 2 a r且向量组a 1a 2a r 线性无关证明向量组b 1b 2b r 线性无关证明 已知的r 个等式可以写成⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅100110111) , , ,() , , ,(2121r r a a a b b b上式记为B AK 因为|K |10 K 可逆 所以R (B )R (A )r 从而向量组b 1 b 2b r 线性无关13 求下列向量组的秩, 并求一个最大无关组 (1)a 1(1 214)Ta 2(9 100 10 4)Ta 3(2 42 8)T解 由⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=000000010291032001900820291844210141002291) , ,(~~321r r a a a知R (a 1 a 2 a 3)2 因为向量a 1与a 2的分量不成比例 故a 1 a 2线性无关 所以a 1a 2是一个最大无关组 (2)a 1T (1 213)a 2T(4 156)a 3T (1 347)解 由⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------=00000059014110180590590141763451312141) , ,(~~321r r a a a知R (a 1T a 2T a 3T )R (a 1 a 2 a 3)2 因为向量a 1T 与a 2T 的分量不成比例故a 1T a 2T 线性无关所以a 1Ta 2T 是一个最大无关组14 利用初等行变换求下列矩阵的列向量组的一个最大无关组(1)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛4820322513454947513253947543173125解 因为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛482032251345494751325394754317312513121433~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛531053103210431731253423~rr r r --⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00003100321043173125所以第1、2、3列构成一个最大无关组.(2)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---14011313021512012211解 因为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---1401131302151201221113142~rr r r --⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------222001512015120122112343~rr r r +↔⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---00000222001512012211所以第1、2、3列构成一个最大无关组15 设向量组(a31)T(2b3)T(1 2 1)T (2 3 1)T的秩为2 求a b 解 设a 1(a3 1)Ta 2(2b3)Ta 3(1 2 1)T a 4(231)T 因为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=52001110311161101110311131********) , , ,(~~2143b a a b a b a r r a a a a而R (a 1 a 2a 3 a 4)2 所以a 2b 516 设a 1 a 2a n 是一组n 维向量已知n 维单位坐标向量e 1e 2e n 能由它们线性表示证明a 1a 2a n线性无关 证法一 记A(a 1 a 2a n )E(e 1e 2e n )由已知条件知 存在矩阵K 使E AK两边取行列式 得|E ||A ||K |可见|A |0 所以R (A )n 从而a 1 a 2a n 线性无关 证法二 因为e 1e 2 e n 能由a 1a 2a n 线性表示所以R (e 1 e 2e n )R (a 1 a 2a n ) 而R (e 1 e 2e n )n R (a 1 a 2a n )n所以R (a 1 a 2 a n )n 从而a 1 a 2a n 线性无关17 设a 1a 2 a n 是一组n 维向量, 证明它们线性无关的充分必要条件是 任一n 维向量都可由它们线性表示 证明 必要性 设a 为任一n 维向量因为a 1a 2a n 线性无关 而a 1 a 2a na 是n1个n 维向量是线性相关的所以a 能由a 1a 2a n 线性表示 且表示式是唯一的充分性已知任一n维向量都可由a1a2a n线性表示故单位坐标向量组e1e2e n能由a1a2a n线性表示于是有n R(e1e2en)R(a1a2a n)n即R(a1a2a n)n所以a1a2a n线性无关18设向量组a1a2a m线性相关且a10证明存在某个向量a k (2k m)使a k能由a1a2a k1线性表示证明因为a1a2a m线性相关所以存在不全为零的数12m使1a12a2mam而且23m不全为零这是因为如若不然则1a10由a10知10矛盾因此存在k(2k m)使k0k1k2m于是1a12a2kaka k (1/k)(1a12a2k1ak1)即a k能由a1a2a k1线性表示19设向量组B b1b r能由向量组A a1a s 线性表示为(b1b r)(a1a s)K其中K为s r矩阵且A 组线性无关证明B组线性无关的充分必要条件是矩阵K的秩R(K)r 证明令B(b1b r)A(a1a s)则有B AK必要性设向量组B线性无关由向量组B线性无关及矩阵秩的性质有r R(B)R(AK)min{R(A)R(K)}R(K)及 R (K )min{r s }r因此R (K )r充分性 因为R (K )r 所以存在可逆矩阵C 使⎪⎭⎫⎝⎛=O E KC r 为K 的标准形于是(b 1b r )C ( a 1 a s )KC (a 1a r ) 因为C 可逆 所以R (b 1b r )R (a 1 a r )r从而b 1b r 线性无关20 设⎪⎩⎪⎨⎧+⋅⋅⋅+++=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅++=+⋅⋅⋅++=-1321312321n n nn ααααβαααβαααβ 证明向量组12n与向量组12n等价证明 将已知关系写成⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅0111101111011110) , , ,() , , ,(2121n n αααβββ将上式记为BAK 因为0)1()1(0111101111011110||1≠--=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=-n K n所以K 可逆 故有A BK1由B AK 和A BK 1可知向量组12n与向量组12n可相互线性表示 因此向量。

,第一章 行列式1 利用对角线法则计算下列三阶行列式(1)381141102---解 381141102---2(4)30(1)(1)118 0132(1)81(4)(1)2481644 (2)ba c ac b cb a —解 ba c ac b cb aacb bac cba bbb aaa ccc3abc a 3b 3c 3(3)222111c b a cb a解 222111c b a c b abc 2ca 2ab 2ac 2ba 2cb 2 (a b )(b c )(c a )】(4)yx y x xy x y yx y x +++解 yx y x x y x y yx y x +++x (x y )y yx (x y )(x y )yx y 3(x y )3x 3 3xy (x y )y 33x 2 y x 3y 3x 3 2(x 3y 3)2按自然数从小到大为标准次序求下列各排列的逆序数(1)1 2 3 4）解 逆序数为0 (2)4 1 3 2 解 逆序数为4 41 43 4232(3)3 4 2 1解 逆序数为5 3 23 14 24 1, 2 1(4)2 4 1 3 解 逆序数为3 2 1 4 1 4 3 (5)1 3(2n1) 2 4(2n )）解 逆序数为2)1(-n n3 2 (1个) 5 2 5 4(2个) 7 2 74 7 6(3个)(2n 1)2 (2n1)4(2n1)6(2n1)(2n2)(n 1个)(6)1 3 (2n 1) (2n ) (2n 2)2—解 逆序数为n (n 1) 3 2(1个) 5 25 4 (2个)(2n 1)2(2n1)4(2n1)6(2n1)(2n2)(n1个)4 2(1个) 6 26 4(2个)《(2n )2 (2n )4 (2n )6 (2n )(2n 2) (n 1个)3写出四阶行列式中含有因子a 11a 23的项解 含因子a 11a 23的项的一般形式为 (1)t a 11a 23a 3r a 4s其中rs 是2和4构成的排列 这种排列共有两个即24和42所以含因子a 11a 23的项分别是 (1)t a 11a 23a 32a 44(1)1a 11a 23a 32a 44a 11a 23a 32a 44 (1)t a 11a 23a 34a 42(1)2a 11a 23a 34a 42a 11a 23a 34a 42@4 计算下列各行列式(1)71100251020214214解 71100251020214214010014231020211021473234-----======c c c c 34)1(143102211014+-⨯---= 143102211014--=01417172001099323211=-++======c c c c(2)2605232112131412-解 2605232112131412-260503212213041224--=====c c 041203212213041224--=====r r 000003212213041214=--=====r r (3)efcf bf decd bd aeac ab ---—解 ef cf bf de cd bd ae ac ab ---ec b e c b ec b adf ---=abcdefadfbce 4111111111=---=(4)dc b a100110011001---解 d c b a100110011001---dc b aab ar r 10011001101021---++===== dc a ab 101101)1)(1(12--+--=+01011123-+-++=====cd c ada ab dc ccdad ab +-+--=+111)1)(1(23abcd ab cd ad 15 证明:(1)1112222bb a a b ab a +(a b )3;<证明1112222b b a a b ab a +00122222221213a b a b a a b a ab a c c c c ------=====ab a b a b a ab 22)1(22213-----=+21))((a b a a b a b +--=(a b )3(2)yx z x z y zy x b a bz ay by ax bx az by ax bx az bz ay bx az bz ay by ax )(33+=+++++++++;证明bzay by ax bx az by ax bx az bz ay bx az bz ay by ax +++++++++bz ay by ax x by ax bx az z bx az bz ay y b bz ay by ax z by ax bx az y bx az bz ay x a +++++++++++++=bz ay y x by ax x z bx az z y b y by ax z x bx az y z bz ay x a +++++++=22.zy x yx z x z y b y x z x z y z y x a 33+=yx z x z y z y x b y x z x z y z y x a 33+=yx z xz y zy x b a )(33+=(3)0)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(2222222222222222=++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a ; 证明2222222222222222)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a (c 4c 3 c 3c 2 c 2c 1得)5232125232125232125232122222++++++++++++=d d d d c c c c b b b b a a a a (c 4c 3c 3c 2得)！022122212*********222=++++=d d c c b b a a(4)444422221111d c b a d c b a d c b a (a b )(a c )(a d )(b c )(b d )(c d )(a b c d );证明444422221111d c b a d c b a d c b a )()()(0)()()(001111222222222a d d a c c a b b a d d a c c a b b ad a c a b ---------=)()()(111))()((222a d d a c c a b b dc b ad a c a b +++---= /))(())((00111))()((a b d b d d a b c b c c b d b c a d a c a b ++-++------=)()(11))()()()((a b d d a b c c b d b c a d a c a b ++++-----==(ab )(ac )(ad )(b c )(b d )(c d )(a b c d )(5)1221 1 000 00 1000 01a x a a a a x x xn n n+⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--- x n a 1x n 1a n 1x a n证明 用数学归纳法证明当n 2时2121221a x a x a x a x D ++=+-=命题成立假设对于(n 1)阶行列式命题成立 即&D n 1x n 1a 1 x n 2 a n 2x a n1则D n 按第一列展开 有11100 100 01)1(11-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--+=+-xx a xD D n n n n xD n 1a n x n a 1x n1a n 1x a n因此 对于n 阶行列式命题成立6设n 阶行列式Ddet(a ij ), 把D 上下翻转、或逆时针旋转90、或依副对角线翻转 依次得nnnn a a a a D 11111 ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= 11112 n nn n a a a a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= 11113 a a a a D n nnn ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=}证明DD D n n 2)1(21)1(--== D 3D证明 因为Ddet(a ij ) 所以nnn n n n nnnn a a a a a a a a a a D 2211111111111 )1( ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=- ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅--=-- )1()1(331122111121nnn n nn n n a a a a a a a a DD n n n n 2)1()1()2( 21)1()1(--+-+⋅⋅⋅++-=-=同理可证 nnn n n n a a a a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=- )1(11112)1(2D D n n T n n 2)1(2)1()1()1(---=-= DD D D D n n n n n n n n =-=--=-=----)1(2)1(2)1(22)1(3)1()1()1()1(）7 计算下列各行列式(D k 为k 阶行列式)(1)aaD n 11⋅⋅⋅=, 其中对角线上元素都是a未写出的元素都是0解aa a a a D n 0 0010 000 00 0000 0010 00⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=(按第n 行展开))1()1(10 000 00 000 0010 000)1(-⨯-+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-=n n n aa a )1()1(2 )1(-⨯-⋅⋅⋅⋅-+n n n a a an n n nn a a a+⋅⋅⋅-⋅-=--+)2)(2(1)1()1(a n a n2a n 2(a 21)*(2)xa a a x a a a xD n ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= ;解 将第一行乘(1)分别加到其余各行 得ax x a ax x a a x x a aa a x D n --⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅--⋅⋅⋅--⋅⋅⋅=000 0 00 0再将各列都加到第一列上得ax ax a x aaa a n x D n -⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-+=0000 0 000 00 )1([x (n 1)a ](x a )n1(3)111 1 )( )1()( )1(1111⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-=---+n a a a n a a a n a a a D n n n nn n n ; 解 根据第6题结果有nnn n n n n n n n a a a n a a a n a a aD )( )1()( )1( 1111)1(1112)1(1-⋅⋅⋅--⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-=---++ …此行列式为范德蒙德行列式∏≥>≥++++--+--=112)1(1)]1()1[()1(j i n n n n j a i a D∏≥>≥++---=112)1()]([)1(j i n n n j i∏≥>≥++⋅⋅⋅+-++-⋅-⋅-=1121)1(2)1()()1()1(j i n n n n n j i∏≥>≥+-=11)(j i n j i(4)nnnnn d c d c b a b a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=11112;解 |nn nnn d c d c b a b a D ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=11112(按第1行展开)nn n n n nd d c d c b a b a a 00011111111----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=0)1(1111111112c d c d c b a b a b nn n n n nn ----+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-+再按最后一行展开得递推公式 D 2na n d n D 2n2b nc n D 2n2即D 2n(a n d n b n c n )D 2n2于是 ∏=-=ni ii ii n Dc bd a D 222)(而 111111112c b d a d c b a D -==所以 ∏=-=ni ii ii n c b d a D 12)( ^(5) Ddet(a ij ) 其中a ij |ij |;解 a ij |ij |4321 4 01233 10122 21011 3210)det(⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅==n n n n n n n n a D ij n 0 4321 1 11111 11111 11111 1111 2132⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅----⋅⋅⋅---⋅⋅⋅--⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-=====n n n n r r r r 152423210 22210 02210 00210 0001 1213-⋅⋅⋅----⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅----⋅⋅⋅---⋅⋅⋅--⋅⋅⋅-+⋅⋅⋅+=====n n n n n c c c c (1)n 1(n1)2n2(6)nn a a a D +⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+=1 11 1 1111121, 其中a 1a 2 a n￥解nn a a a D +⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+=1 11 1 1111121nn n n a a a a a a a a a c c c c +-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-=====--100001 000 100 0100 0100 00113322121321111312112111000011 000 00 11000 01100 001 ------+-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅⋅⋅⋅⋅⋅=nn n a a a a a a a a∑=------+⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=n i i n n a a a a a a a a 1111131******** 00010 000 00 10000 01000 001)11)((121∑=+=ni in a a a a 8用克莱姆法则解下列方程组%(1)⎪⎩⎪⎨⎧=+++-=----=+-+=+++01123253224254321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解 因为14211213513241211111-=----=D142112105132412211151-=------=D 284112035122412111512-=-----=D426110135232422115113-=----=D 14202132132212151114=-----=D所以 111==D D x 222==DD x 333==DD x 144-==DD x(2)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=++=++=++=+150650650651655454343232121x x x x x x x x x x x x x'解 因为665510006510006510065100065==D 150751001651000651000650000611==D 114551010651000650000601000152-==D 703511650000601000051001653==D 39551601000051000651010654-==D 2121100005100065100651100655==D 所以66515071=x 66511452-=x 6657033=x 6653954-=x 6652124=x9问取何值时 齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++0200321321321x x x x x x x x x μμλ有非零解；解 系数行列式为μλμμμλ-==1211111D令D 0 得 0或1于是 当0或1时该齐次线性方程组有非零解10 问取何值时齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-++=+-+=+--0)1(0)3(2042)1(321321321x x x x x x x x x λλλ有非零解解 系数行列式为 /λλλλλλλ--+--=----=101112431111132421D(1)3(3)4(1)2(1)(3)(1)32(1)23令D 0 得 02或3于是 当2或3时该齐次线性方程组有非零解第二章 矩阵及其运算1 已知线性变换⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=3213321232113235322y y y x y y y x y y y x求从变量x 1x 2x 3到变量y 1y 2y 3的线性变换解 由已知⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321323513122y y y x x x故 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3211221323513122x x x y y y ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=321423736947y y y⎪⎩⎪⎨⎧-+=-+=+--=321332123211423736947x x x y x x x y x x x y：2已知两个线性变换⎪⎩⎪⎨⎧++=++-=+=32133212311542322y y y x y y y x y y x ⎪⎩⎪⎨⎧+-=+=+-=323312211323z z y z z y z z y求从z 1 z 2z 3到x 1x 2x 3的线性变换解 由已知⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321514232102y y y x x x ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=321310102013514232102z z z ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=321161109412316z z z所以有⎪⎩⎪⎨⎧+--=+-=++-=3213321232111610941236z z z x z z z x z z z x3设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=111111111A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=150421321B 求3AB 2A 及A T B）解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-1111111112150421321111111111323A AB⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2294201722213211111111120926508503⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=092650850150421321111111111B A T4计算下列乘积(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯⨯+⨯-+⨯⨯+⨯+⨯=102775132)2(71112374⎪⎪⎭⎫⎝⎛=49635(2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛123)321(解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛123)321((132231)(10)/(3))21(312-⎪⎪⎭⎫⎝⎛解 )21(312-⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯-⨯⨯-⨯=23)1(321)1(122)1(2⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=632142(4)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412解 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412⎪⎭⎫⎝⎛---=6520876(5)⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321332313232212131211321)(x x x a a a a a a a a a x x x解⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321332313232212131211321)(x x x a a a a a a a a a x x x(a 11x 1a 12x 2a 13x 3 a 12x 1a 22x 2a 23x 3 a 13x 1a 23x 2a 33x 3)⎪⎪⎭⎫⎝⎛321x x x(322331132112233322222111222x x a x x a x x a x a x a x a +++++=5设⎪⎭⎫⎝⎛=3121A ⎪⎭⎫⎝⎛=2101B 问(1)AB BA 吗 解 ABBA因为⎪⎭⎫ ⎝⎛=6443AB ⎪⎭⎫⎝⎛=8321BA 所以AB BA(2)(A B )2A 22AB B 2吗 解 (AB )2A 22AB B 2`因为⎪⎭⎫⎝⎛=+5222B A⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=+52225222)(2B A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=2914148但 ⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=++43011288611483222B AB A ⎪⎭⎫⎝⎛=27151610所以(A B )2A 22AB B 2 (3)(A B )(A B )A 2B 2吗 解 (AB )(A B )A 2B 2因为⎪⎭⎫⎝⎛=+5222B A ⎪⎭⎫⎝⎛=-1020B A⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=-+906010205222))((B A B A|而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=-718243011148322B A故(A B )(A B )A 2B 26举反列说明下列命题是错误的(1)若A 20 则A0 解 取⎪⎭⎫ ⎝⎛=0010A 则A 20 但A(2)若A 2A 则A 0或A E解 取⎪⎭⎫ ⎝⎛=0011A 则A 2A 但A 0且A E(3)若AXAY 且A 0 则X Y,解 取 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=0001A ⎪⎭⎫⎝⎛-=1111X ⎪⎭⎫⎝⎛=1011Y则AX AY 且A 0 但X Y 7设⎪⎭⎫⎝⎛=101λA 求A 2A 3A k解 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=12011011012λλλA⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛==1301101120123λλλA A A⎪⎭⎫⎝⎛=101λk A k（8设⎪⎪⎭⎫⎝⎛=λλλ001001A 求A k解 首先观察⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλλλλλ0010010010012A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=222002012λλλλλ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⋅=3232323003033λλλλλλA A A⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⋅=43423434004064λλλλλλA A A⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⋅=545345450050105λλλλλλA A A⎝⎛=kA kk kk k k k k k k λλλλλλ0002)1(121----⎪⎪⎪⎭⎫%用数学归纳法证明当k 2时 显然成立假设k 时成立，则k 1时，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⋅=---+λλλλλλλλλ0010010002)1(1211k k k k k k k k k k k k A A A⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=+-+--+11111100)1(02)1()1(k k k k k k k k k k λλλλλλ由数学归纳法原理知⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=---k k k k k k k k k k k A λλλλλλ0002)1(1219 设A B 为n 阶矩阵，且A 为对称矩阵，证明B T AB 也是对称矩阵%证明 因为A T A 所以 (B T AB )T B T (B T A )T B T A T B B T AB从而B T AB 是对称矩阵10 设AB 都是n 阶对称矩阵，证明AB 是对称矩阵的充分必要条件是AB BA 证明 充分性 因为A T A B T B 且AB BA 所以(AB )T (BA )T A T B T AB即AB 是对称矩阵必要性 因为A T A B T B 且(AB )TAB 所以!AB (AB )T B T A T BA 11 求下列矩阵的逆矩阵(1)⎪⎭⎫⎝⎛5221解 ⎪⎭⎫⎝⎛=5221A |A |1 故A 1存在因为⎪⎭⎫⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛=1225*22122111A A A A A故 *||11A A A =-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1225(2)⎪⎭⎫⎝⎛-θθθθcos sin sin cos解 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θθθθcos sin sin cos A |A |10 故A 1存在因为—⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=θθθθcos sin sin cos *22122111A A A A A所以 *||11A A A =-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=θθθθcos sin sin cos(3)⎪⎪⎭⎫⎝⎛---145243121解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=145243121A |A |20 故A1存在 因为⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=214321613024*332313322212312111A A A AA A A A A A所以 *||11A A A =-⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=1716213213012(4)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛n a a a 0021(a 1a2a n 0)解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n a a a A 0021由对角矩阵的性质知！⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-n a a a A 1001121112 解下列矩阵方程 (1)⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛12643152X解 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛=-126431521X ⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=12642153⎪⎭⎫ ⎝⎛-=80232(2)⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--234311111012112X解 1111012112234311-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎭⎫ ⎝⎛-=03323210123431131 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=32538122 |(3)⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛-101311022141X解 11110210132141--⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛-=210110131142121⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=21010366121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=04111 (4)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛021102341010100001100001010X解 11010100001021102341100001010--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=010100001021102341100001010⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=20143101213 利用逆矩阵解下列线性方程组：(1)⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++3532522132321321321x x x x x x x x x解 方程组可表示为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321153522321321x x x故 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0013211535223211321x x x从而有 ⎪⎩⎪⎨⎧===001321x x x(2)⎪⎩⎪⎨⎧=-+=--=--05231322321321321x x x x x x x x x解 方程组可表示为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----012523312111321x x x|故 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3050125233121111321x x x故有 ⎪⎩⎪⎨⎧===305321x x x14 设A k O (k 为正整数) 证明(E A )1E A A 2A k1证明 因为A k O 所以E A k E 又因为E A k (E A )(E A A 2A k 1)所以 (E A )(E A A 2A k 1)E 由定理2推论知(E A )可逆 且 (EA )1E A A 2A k1$证明 一方面 有E(EA )1(E A )另一方面 由A kO 有E (EA )(A A 2)A 2A k1(A k1A k )(E A A 2A k 1)(E A )故 (E A )1(E A )(E A A 2A k 1)(E A ) 两端同时右乘(EA )1就有(EA )1(E A )E A A 2 A k115 设方阵A 满足A 2A 2E O 证明A 及A 2E 都可逆 并求A 1及(A2E )1证明 由A 2A 2E O 得A 2A 2E 即A (A E )2E或 E E A A =-⋅)(21 由定理2推论知A 可逆 且)(211E A A -=- 由A 2A 2E O 得 A 2A 6E4E即(A2E )(A3E )4E"或 E A E E A =-⋅+)3(41)2(由定理2推论知(A 2E )可逆且)3(41)2(1A E E A -=+-证明 由A 2A 2E O 得A 2A 2E 两端同时取行列式得 |A 2A |2即 |A ||AE |2 故 |A |0所以A 可逆 而A 2E A 2 |A 2E ||A 2||A |20 故A2E 也可逆"由 A 2A 2E O A (A E )2E A 1A (A E )2A 1E)(211E A A -=-又由 A 2A 2EO (A 2E )A 3(A 2E )4E (A2E )(A3E ) 4 E 所以 (A 2E )1(A 2E )(A3E )4(A2 E )1)3(41)2(1A E E A -=+-16 设A 为3阶矩阵 21||=A 求|(2A )15A *|解 因为*||11A A A =- 所以 —|||521||*5)2(|111----=-A A A A A |2521|11---=A A|2A 1|(2)3|A 1|8|A |18216 17 设矩阵A 可逆 证明其伴随阵A *也可逆且(A *)1(A 1)*证明 由*||11A A A =- 得A *|A |A 1所以当A 可逆时有|A *||A |n |A 1||A |n1从而A *也可逆因为A *|A |A1所以 (A *)1|A |1A' 又*)(||)*(||1111---==A A A A A 所以(A *)1|A |1A |A |1|A |(A 1)*(A 1)* 18 设n 阶矩阵A 的伴随矩阵为A *证明(1)若|A |0则|A *|(2)|A *||A |n1证明(1)用反证法证明 假设|A *|0 则有A *(A *)1E 由此得A A A *(A *)1|A |E (A *)1O/所以A *O 这与|A *|0矛盾，故当|A |0时有|A *|(2)由于*||11A A A =- 则AA *|A |E 取行列式得到|A ||A *||A |n若|A |0 则|A *||A |n1若|A |由(1)知|A *|此时命题也成立因此|A *||A |n119设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=321011330A AB A 2B 求B^解 由ABA 2E 可得(A 2E )B A 故⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-=--32101133121011332)2(11A E A B ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=01132133020 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛=101020101A 且AB E A 2B求B解 由AB E A 2B 得(A E )B A 2E 即 (AE )B (A E )(A E )因为01001010100||≠-==-E A 所以(AE )可逆 从而⎪⎪⎭⎫⎝⎛=+=201030102E A B-21 设Adiag(1 2 1) A *BA 2BA 8E 求B解 由A *BA 2BA 8E 得(A *2E )BA 8EB 8(A *2E )1A 1 8[A (A *2E )]1 8(AA *2A )1 8(|A |E 2A )18(2E2A )1！4(E A )14[diag(2 1 2)]1)21 ,1 ,21(diag 4-=2diag(12 1)22已知矩阵A 的伴随阵⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=8030010100100001*A且ABA 1BA13E 求B 解 由|A *||A |38得|A |2由ABA 1BA 13E 得`AB B 3A B 3(AE )1A 3[A (E A 1)]1A11*)2(6*)21(3---=-=A E A E⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-103006060060000660300101001000016123 设P 1AP 其中⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1141P ⎪⎭⎫⎝⎛-=Λ2001 求A 11解 由P 1AP 得AP P 1所以A 11 A =P 11P 1.|P |3⎪⎭⎫⎝⎛-=1141*P ⎪⎭⎫⎝⎛--=-1141311P而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫⎝⎛-=Λ11111120 012001·故 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛--=31313431200111411111A ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=6846832732273124 设AP P 其中⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=111201111P ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=Λ511 求(A )A 8(5E6AA 2) 解 ()8(5E62) diag(1158)[diag(555)diag(6630)diag(1125)]diag(1158)diag(1200)12diag(10)(A )P ()P 1*)(||1P P P Λ=ϕ⎪⎪⎭⎫⎝⎛------⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=1213032220000000011112011112⎪⎪⎭⎫⎝⎛=111111111425 设矩阵A 、B 及A B 都可逆 证明A1B 1也可逆 并求其逆阵证明 因为 A 1(A B )B1B 1A1A1B1而A 1(A B )B 1是三个可逆矩阵的乘积 所以A 1(AB )B 1可逆 即A1B1可逆(A1B 1)1[A 1(A B )B 1]1B (A B )1A26 计算⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛30003200121013013000120010100121`解 设⎪⎭⎫⎝⎛=10211A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=30122A ⎪⎭⎫⎝⎛-=12131B ⎪⎭⎫⎝⎛--=30322B则 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛2121B O B E A O E A ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=222111B A O B B A A而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫⎝⎛=+4225303212131021211B B A⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛=90343032301222B A所以 ⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛2121B O B E A O E A ⎪⎭⎫ ⎝⎛+=222111B A O B B A A ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=9000340042102521即 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛30003200121013013000120010100121⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=9000340042102521 27 取⎪⎭⎫⎝⎛==-==1001D C B A 验证|||||||| D C B A D C B A ≠解41001200210100101002000021010010110100101==--=--=D C B A·而 01111|||||||| ==D C B A 故|||||||| D C B A D C B A ≠28设⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22023443O O A 求|A 8|及A 4解令⎪⎭⎫ ⎝⎛-=34431A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=22022A则 ⎪⎭⎫⎝⎛=21A O O A A故 8218⎪⎭⎫ ⎝⎛=A O O A A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=8281A O O A 1682818281810||||||||||===A A A A A ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=464444241422025005O O A O O A A|29 设n 阶矩阵A 及s 阶矩阵B 都可逆求(1)1-⎪⎭⎫ ⎝⎛O B A O解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛-43211C C C C O B A O 则 ⎪⎭⎫⎝⎛O B A O ⎪⎭⎫ ⎝⎛4321C C C C ⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=s n E O O E BC BC AC AC 2143由此得 ⎪⎩⎪⎨⎧====sn E BC O BC OAC E AC 2143⎪⎩⎪⎨⎧====--121413B C O C O C A C所以 ⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛---O A B O O B A O 111(2)1-⎪⎭⎫ ⎝⎛B C O A解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫⎝⎛-43211D D D D B C O A 则 |⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛s n E O O E BD CD BD CD AD AD D D D D B C O A 4231214321由此得 ⎪⎩⎪⎨⎧=+=+==sn E BD CD O BD CD OAD E AD 423121⎪⎩⎪⎨⎧=-===----14113211B D CA B D OD A D所以 ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛-----11111B CA B O A BC O A 30 求下列矩阵的逆阵(1)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛2500380000120025 解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=1225A ⎪⎭⎫ ⎝⎛=2538B 则⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛=--5221122511A ⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎭⎫ ⎝⎛=--8532253811B于是 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----850032000052002125003800001200251111B A B A((2)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛4121031200210001解 设⎪⎭⎫ ⎝⎛=2101A ⎪⎭⎫⎝⎛=4103B ⎪⎭⎫⎝⎛=2112C 则⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------1111114121031200210001B CA B O A B C O A ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=411212458103161210021210001第三章 矩阵的初等变换与线性方程组|1把下列矩阵化为行最简形矩阵(1)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--340313021201解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--340313021201(下一步 r 2(2)r1r 3(3)r 1 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---020*********(下一步 r 2(1)r 3(2) )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--010*********(下一步 r 3r 2)~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--300031001201(下一步 r 33 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛--100031001201(下一步r 23r 3 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛-100001001201(下一步r 1(2)r 2 r 1r 3 )：~⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001000001(2)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----174034301320解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛----174034301320(下一步 r 22(3)r 1 r3(2)r 1 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---310031001320(下一步 r 3r 2 r 13r 2)~⎪⎪⎭⎫⎝⎛0000310010020(下一步 r 12 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛000031005010(3)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------12433023221453334311解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------12433023221453334311(下一步 r 23r 1 r 32r1r 43r 1 )'~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------1010500663008840034311(下一步 r 2(4) r 3(3)r 4(5) )~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----22100221002210034311(下一步 r 13r 2r 3r 2r 4r 2)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---00000000002210032011(4)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------34732038234202173132解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------34732038234202173132(下一步 r 12r 2r 33r 2r 42r 2)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1187701298804202111110(下一步 r 22r 1r 38r 1r 47r 1)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--41000410002020111110(下一步 r 1r 2r 2(1) r 4r 3)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----00000410001111020201(下一步 r 2r 3)~~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000004100030110202012 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛987654321100010101100001010A 求A解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001010是初等矩阵E (1 2) 其逆矩阵就是其本身⎪⎪⎭⎫⎝⎛100010101是初等矩阵E (1 2(1)) 其逆矩阵是E (1 2(1)) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=100010101⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=100010101987654321100001010A⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2872212541000101019873216543 试利用矩阵的初等变换 求下列方阵的逆矩阵，(1)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛323513123解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛100010001323513123~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---101011001200410123~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----1012002110102/102/3023~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----2/102/11002110102/922/7003~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----2/102/11002110102/33/26/7001故逆矩阵为⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----21021211233267(2)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1210232112201023解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----10000100001000011210232112201023！~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----00100301100001001220594012102321~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------20104301100001001200110012102321~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------106124301100001001000110012102321~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----------10612631110`1022111000010000100021 ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------106126311101042111000010000100001故逆矩阵为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------10612631110104211 4(1)设⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=113122214A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=132231B 求X 使AX B解 因为、⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=132231 113122214) ,(B A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--412315210 100010001 ~r所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--==-4123152101B A X(2)设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=433312120A ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=132321B 求X 使XA B解 考虑A T X TB T 因为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=134313*********) ,(TTB A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---411007101042001 ~r所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---==-417142)(1T T T B A X从而 ⎪⎭⎫ ⎝⎛---==-4741121BA X5 设⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=101110011A AX 2X A求X|解 原方程化为(A2E )X A 因为⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------=-101101110110011011) ,2(A E A⎪⎪⎭⎫⎝⎛---011100101010110001~所以 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=-=-011101110)2(1A E A X6在秩是r 的矩阵中,有没有等于0的r1阶子式 有没有等于0的r 阶子式解 在秩是r 的矩阵中 可能存在等于0的r1阶子式也可能存在等于0的r 阶子式例如⎪⎪⎭⎫⎝⎛=010*********A R (A )3000是等于0的2阶子式10001000是等于0的3阶子式；7从矩阵A 中划去一行得到矩阵B 问AB 的秩的关系怎样解 R (A )R (B )这是因为B 的非零子式必是A 的非零子式 故A 的秩不会小于B 的秩8求作一个秩是4的方阵它的两个行向量是 (110)(11 00)解 用已知向量容易构成一个有4个非零行的5阶下三角矩阵⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0000001000001010001100001—此矩阵的秩为4其第2行和第3行是已知向量9求下列矩阵的秩并求一个最高阶非零子式(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443112112013;解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443112112013(下一步r 1r 2 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛---443120131211(下一步r 23r 1 r 3r 1 )~⎪⎪⎭⎫⎝⎛----564056401211(下一步r 3r 2 )~⎪⎭⎫ ⎝⎛---000056401211 （矩阵的2秩为41113-=-是一个最高阶非零子式(2)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------815073*********解 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073*********(下一步 r 1r2r 22r 1 r 37r 1 )~⎪⎭⎫ ⎝⎛------15273321059117014431(下一步 r 33r 2 )~⎪⎭⎫ ⎝⎛----0000059117014431矩阵的秩是2 71223-=-是一个最高阶非零子式(3)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---02301085235703273812—解 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---023010*********73812(下一步 r 12r 4r 22r 4r 33r 4)~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------02301024205363071210(下一步 r 23r 1r 32r 1) ~⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-0230114000016000071210(下一步 r 216r 4r 316r 2)~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-02301000001000071210~⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-00000100007121002301矩阵的秩为3 070023085570≠=-是一个最高阶非零子式10 设A 、B 都是mn 矩阵 证明A ~B 的充分必要条件是R (A )R (B )证明 根据定理3 必要性是成立的 —充分性 设R (A )R (B ) 则A 与B 的标准形是相同的 设A 与B 的标准形为D 则有A ~D D ~B由等价关系的传递性 有A ~B11设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=32321321k k k A 问k 为何值 可使 (1)R (A )1(2)R (A )2(3)R (A )3解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=32321321k k k A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-----)2)(1(0011011 ~k k k k k r(1)当k 1时R (A )1 (2)当k2且k 1时 R (A )2 )(3)当k 1且k2时R (A )312 求解下列齐次线性方程组:(1)⎪⎩⎪⎨⎧=+++=-++=-++02220202432143214321x x x x x x x x x x x x解 对系数矩阵A 进行初等行变换有A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--212211121211~⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---3/410013100101于是 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-==4443424134334x x x x x x x x故方程组的解为 。

线性代数同济大学第四版习题答案04第四章向量组的线性相关性1. 设v 1=(1, 1, 0)T , v 2=(0, 1, 1)T , v 3=(3, 4, 0)T , 求v 1-v 2及3v1+2v 2-v 3. 解 v 1-v 2=(1, 1, 0)T -(0, 1, 1)TT=(1-0, 1-1, 0-1)T=(1, 0, -1) .3v 1+2v 2-v 3=3(1, 1, 0)T +2(0, 1, 1)T -(3, 4, 0)T =(3⨯1+2⨯0-3,3⨯1+2⨯1-4, 3⨯0+2⨯1-0) T =(0, 1, 2).2. 设3(a 1-a ) +2(a 2+a ) =5(a 3+a ) , 求a , 其中a 1=(2, 5, 1, 3)T , a2=(10, 1, 5, 10), a 3=(4, 1, -1, 1). 解由3(a 1-a ) +2(a 2+a ) =5(a 3+a ) 整理得 a =TT T1(3a 1+2a 2-5a 3) 613(2, 5, 1, 3) T +2(10, 1, 5, 10) T -5(4, 1, -1, 1) T ] 6==(1, 2, 3, 4)T . 3. 已知向量组A : a 1=(0, 1, 2, 3)T , a 2=(3, 0, 1, 2)T , a3=(2, 3, 0, 1)T ;B : b 1=(2, 1, 1, 2)T , b 2=(0, -2, 1, 1)T , b3=(4, 4, 1, 3)T , 证明B 组能由A 组线性表示, 但A 组不能由B 组线性表示. 证明由⎛0 1(A , B ) =2 3⎛⎛1r 0~0 0⎛由30122301204⎛1-24⎛111⎛213⎛⎛⎛10~ 0 0⎛r 031-24⎛32204⎛1-6-15-7⎛2-8-17-9⎛⎛031-24⎛1-6-15-7⎛041-35⎛00000⎛⎛031-24⎛1-6-15-7⎛0205-1525⎛041-35⎛⎛⎛1r ~ 00 0⎛知R (A ) =R (A , B ) =3, 所以B 组能由A 组线性表示.⎛204⎛⎛102⎛⎛1 1-24⎛r 0-22⎛r 0B = ~~111⎛ 01-1⎛ 0213⎛ 01-1⎛ 0⎛⎛⎛⎛⎛4. 已知向量组A : a 1=(0, 1, 1), a 2=(1, 1, 0);TT02⎛1-1⎛00⎛00⎛⎛知R (B ) =2. 因为R (B ) ≠R (B , A ) , 所以A 组不能由B 组线性表示.B : b 1=(-1, 0, 1), b 2=(1, 2, 1), b3=(3, 2, -1) , 证明A 组与B 组等价. 证明由T T T⎛-11301⎛r ⎛-11301⎛r ⎛-11301⎛(B , A ) = 02211⎛~ 02211⎛~ 02211⎛,11-110⎛ 02211⎛ 00000⎛⎛⎛⎛⎛⎛⎛知R (B ) =R (B , A ) =2. 显然在A 中有二阶非零子式, 故R (A ) ≥2, 又R (A ) ≤R (B , A ) =2, 所以R (A ) =2, 从而R (A ) =R (B ) =R (A , B ) . 因此A 组与B 组等价.5. 已知R (a 1, a 2, a 3) =2, R (a 2, a 3, a 4) =3, 证明 (1) a1能由a 2, a3线性表示; (2) a4不能由a 1, a 2, a 3线性表示.证明 (1)由R (a 2, a 3, a 4) =3知a 2, a 3, a 4线性无关, 故a 2, a 3也线性无关. 又由R (a 1, a 2, a 3) =2知a 1, a 2, a 3线性相关, 故a 1能由a 2, a 3线性表示.(2)假如a 4能由a 1, a 2, a 3线性表示, 则因为a 1能由a 2, a 3线性表示, 故a 4能由a 2, a 3线性表示, 从而a 2, a 3, a 4线性相关, 矛盾. 因此a 4不能由a 1, a 2, a 3线性表示.6. 判定下列向量组是线性相关还是线性无关: (1) (-1, 3, 1)T , (2, 1, 0)T , (1, 4, 1)T ; (2) (2, 3, 0)T , (-1, 4, 0)T , (0, 0, 2)T .解 (1)以所给向量为列向量的矩阵记为A . 因为⎛-121⎛r ⎛-121⎛r ⎛-121⎛A = 314⎛~ 077⎛~ 011⎛,101⎛ 022⎛ 000⎛⎛⎛⎛⎛⎛⎛所以R (A ) =2小于向量的个数, 从而所给向量组线性相关. (2)以所给向量为列向量的矩阵记为B . 因为2-10|B |=340=22≠0,002所以R (B ) =3等于向量的个数, 从而所给向量组线性相无关.7. 问a 取什么值时下列向量组线性相关？ a 1=(a , 1, 1)T , a 2=(1, a , -1) T , a3=(1, -1, a ) T . 解以所给向量为列向量的矩阵记为A . 由a 11|A |=1a -1=a (a -1)(a +1)1-1a知, 当a =-1、0、1时, R (A )8. 设a 1, a 2线性无关, a 1+b , a 2+b 线性相关, 求向量b 用a 1, a 2线性表示的表示式. 解因为a 1+b , a 2+b 线性相关, 故存在不全为零的数λ1, λ2使λ1(a 1+b ) +λ2(a 2+b ) =0, 由此得 b =-λλλλa 1-a 2=-a 1-(1-a 2,λ1+λ2λ1+λ2λ1+λ2λ1+λ2, 则设c =-λ1λ1+λ2b =c a 1-(1+c ) a 2, c ∈R .9. 设a 1, a 2线性相关, b 1, b 2也线性相关, 问a 1+b 1, a 2+b 2是否一定线性相关？试举例说明之.解不一定.例如, 当a 1=(1, 2)T , a 2=(2, 4)T , b 1=(-1, -1) T , b 2=(0, 0)T 时, 有 a1+b 1=(1, 2)T +b 1=(0, 1)T , a 2+b 2=(2, 4)T +(0, 0)T =(2, 4)T , 而a 1+b 1, a2+b 2的对应分量不成比例, 是线性无关的.10. 举例说明下列各命题是错误的:(1)若向量组a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 是线性相关的, 则a 1可由a 2, ⋅⋅⋅, a m线性表示.解设a 1=e 1=(1, 0, 0, ⋅⋅⋅, 0), a 2=a 3= ⋅⋅⋅ =a m =0, 则a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性相关, 但a 1不能由a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性表示.(2)若有不全为0的数λ1, λ2, ⋅⋅⋅, λm 使λ1a 1+ ⋅⋅⋅ +λm a m +λ1b 1+ ⋅⋅⋅ +λm b m =0成立, 则a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性相关, b 1, b 2, ⋅⋅⋅, b m 亦线性相关. 解有不全为零的数λ1, λ2, ⋅⋅⋅, λm 使λ1a 1+ ⋅⋅⋅ +λm a m +λ1b 1+ ⋅⋅⋅ +λm b m =0,原式可化为λ1(a 1+b 1) + ⋅⋅⋅ +λm (a m +b m ) =0.取a 1=e 1=-b 1, a 2=e 2=-b 2, ⋅⋅⋅, a m =e m =-b m , 其中e 1, e 2, ⋅⋅⋅, e m 为单位坐标向量, 则上式成立, 而a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 和b 1, b 2, ⋅⋅⋅, b m 均线性无关.(3)若只有当λ1, λ2, ⋅⋅⋅, λm 全为0时, 等式λ1a 1+ ⋅⋅⋅ +λm a m +λ1b 1+ ⋅⋅⋅ +λm b m =0才能成立, 则a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性无关, b 1, b 2, ⋅⋅⋅, b m 亦线性无关. 解由于只有当λ1, λ2, ⋅⋅⋅, λm 全为0时, 等式由λ1a 1+ ⋅⋅⋅ +λm a m +λ1b 1+ ⋅⋅⋅ +λm b m =0成立, 所以只有当λ1, λ2, ⋅⋅⋅, λm 全为0时, 等式λ1(a 1+b 1) +λ2(a 2+b 2) + ⋅⋅⋅ +λm (a m +b m ) =0成立. 因此a 1+b 1, a 2+b 2, ⋅⋅⋅, a m +b m 线性无关.取a 1=a 2= ⋅⋅⋅ =a m =0, 取b 1, ⋅⋅⋅, b m 为线性无关组, 则它们满足以上条件, 但a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性相关.(4)若a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性相关, b 1, b 2, ⋅⋅⋅, b m 亦线性相关, 则有不全为0的数, λ1, λ2, ⋅⋅⋅,λm 使λ1a 1+ ⋅⋅⋅ +λm a m =0, λ1b 1+ ⋅⋅⋅ +λm b m =0同时成立.解 a 1=(1, 0), a 2=(2, 0), b 1=(0, 3), b 2=(0, 4),TTTTλ1a 1+λ2a 2 =0⇒λ1=-2λ2, λ1b 1+λ2b 2 =0⇒λ1=-(3/4)λ2,⇒λ1=λ2=0, 与题设矛盾.11. 设b 1=a 1+a 2, b 2=a 2+a 3, b3=a 3+a 4, b4=a 4+a 1, 证明向量组b 1, b 2, b 3, b 4线性相关. 证明由已知条件得a 1=b 1-a 2, a 2=b 2-a 3, a3=b 3-a 4, a4=b 4-a 1, 于是 a 1 =b 1-b 2+a 3=b 1-b 2+b 3-a 4=b 1-b 2+b 3-b 4+a 1, 从而 b 1-b 2+b 3-b 4=0,这说明向量组b 1, b 2, b 3, b 4线性相关.12. 设b 1=a 1, b 2=a 1+a 2, ⋅⋅⋅, b r =a 1+a 2+ ⋅⋅⋅ +a r , 且向量组a 1,a 2, ⋅⋅⋅ , a r 线性无关, 证明向量组b 1, b 2, ⋅⋅⋅ , b r 线性无关. 证明已知的r 个等式可以写成⎛1 0(b 1, b 2, ⋅⋅⋅ , b r ) =(a 1, a 2, ⋅⋅⋅ , a r )⋅⋅⋅ 0⎛关.13. 求下列向量组的秩, 并求一个最大无关组:11⋅⋅⋅0⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅1⎛1⎛, ⋅⋅⋅⎛1⎛⎛上式记为B =AK . 因为|K |=1≠0, K 可逆, 所以R (B ) =R (A ) =r , 从而向量组b 1, b 2, ⋅⋅⋅ , b r 线性无(1)a 1=(1, 2, -1, 4)T , a 2=(9, 100, 10, 4)T , a3=(-2, -4, 2, -8) T ; 解由9-2⎛⎛19-2⎛⎛1⎛1r 2100-4⎛ 0820⎛r 0(a 1, a 2, a 3) = ~~-1102⎛ 0190⎛ 04⎛ 0-320⎛ 04-8⎛⎛⎛⎛⎛最大无关组.(2)a 1T =(1, 2, 1, 3), a 2T =(4, -1, -5, -6) , a3T =(1, -3, -4, -7) . 解由9-2⎛10⎛,00⎛00⎛⎛知R (a 1, a 2, a3) =2. 因为向量a 1与a 2的分量不成比例, 故a 1, a 2线性无关, 所以a 1, a 2是一个41⎛⎛141⎛⎛141⎛⎛12-1-3⎛r 0-9-5⎛r 0-9-5⎛, (a 1, a 2, a 3) = ~~1-5-4⎛ 0-9-5⎛ 000⎛3-6-7⎛ 0-18-10⎛ 000⎛⎛⎛⎛⎛⎛⎛知R (a 1T , a 2T , a3T ) =R (a 1, a 2, a3) =2. 因为向量a 1T 与a 2T 的分量不成比例, 故a 1T , a 2T 线性无关, 所以a 1, a 2是一个最大无关组.14. 利用初等行变换求下列矩阵的列向量组的一个最大无关组:TT⎛2575 (1)[***********]13213448⎛⎛⎛; ⎛⎛解因为⎛25 75 75 25⎛⎛1 0 (2)2 1⎛⎛1 0 2 1⎛[***********]13213448⎛⎛⎛⎛⎛r 2-3r 1r 3-3r 1r 4-r 1~⎛25 0 0 0⎛311111743⎛23⎛35⎛35⎛⎛r 4-r 3r 3-r 2~⎛250 0 0⎛311001743⎛23⎛,13⎛00⎛⎛所以第1、2、3列构成一个最大无关组. 1201913025-14. 3⎛-1⎛⎛⎛10 0 0⎛12-2021-1-225-521⎛-1⎛1⎛-2⎛⎛⎛10 0 0⎛120021-2025201⎛-1⎛, -2⎛0⎛⎛解因为1201913025-141⎛-1⎛3⎛-1⎛⎛r 3-2r 1r 4-r 1~r 3+r 2r 3r 4~所以第1、2、3列构成一个最大无关组.15. 设向量组(a , 3, 1)T , (2, b , 3)T , (1, 2, 1)T , (2, 3, 1)T的秩为2, 求a , b .解设a 1=(a , 3, 1), a 2=(2, b , 3), a3=(1, 2, 1), a 4=(2, 3, 1). 因为TTTT13⎛r ⎛1113⎛⎛12a 2⎛r ⎛11(a 3, a 4, a 1, a 2) = 233b ⎛~ 01a -1-1⎛~ 01a -1-1⎛,1113⎛ 01⎛ 002-a b -5⎛1b -6⎛⎛⎛⎛⎛⎛而R (a 1, a 2, a 3, a 4) =2, 所以a =2, b =5.16. 设a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 是一组n 维向量, 已知n 维单位坐标向量e 1, e 2,⋅⋅⋅, e n 能由它们线性表示, 证明a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性无关.证法一记A =(a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) , E =(e 1, e 2,⋅⋅⋅, e n ) . 由已知条件知, 存在矩阵K , 使E =AK .两边取行列式, 得|E |=|A ||K |.可见|A |≠0, 所以R (A ) =n , 从而a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性无关.证法二因为e 1, e 2,⋅⋅⋅, e n 能由a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性表示, 所以R (e 1, e 2,⋅⋅⋅, e n ) ≤R (a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) ,而R (e 1, e 2,⋅⋅⋅, e n ) =n , R (a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) ≤n , 所以R (a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) =n , 从而a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性无关.17. 设a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 是一组n 维向量, 证明它们线性无关的充分必要条件是: 任一n 维向量都可由它们线性表示.证明必要性: 设a 为任一n 维向量. 因为a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性无关, 而a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n , a 是n +1个n 维向量, 是线性相关的, 所以a 能由a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性表示, 且表示式是唯一的.充分性: 已知任一n 维向量都可由a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性表示, 故单位坐标向量组e 1, e 2, ⋅⋅⋅, e n 能由a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性表示, 于是有n =R (e 1, e 2, ⋅⋅⋅, e n ) ≤R (a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) ≤n ,即R (a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) =n , 所以a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n 线性无关.18. 设向量组a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性相关, 且a 1≠0, 证明存在某个向量a k (2≤k ≤m ) , 使a k 能由a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a k -1线性表示.证明因为a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a m 线性相关, 所以存在不全为零的数λ1, λ2, ⋅⋅⋅, λm , 使λ1a 1+λ2a 2+ ⋅⋅⋅ +λm a m =0,而且λ2, λ3,⋅⋅⋅, λm 不全为零. 这是因为, 如若不然, 则λ1a 1=0, 由a1≠0知λ1=0, 矛盾. 因此存在k (2≤k ≤m ) , 使λk ≠0, λk +1=λk +2= ⋅⋅⋅ =λm =0,于是λ1a 1+λ2a 2+ ⋅⋅⋅ +λk a k =0,a k =-(1/λk )(λ1a 1+λ2a 2+ ⋅⋅⋅ +λk -1a k -1) ,即a k 能由a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a k -1线性表示.19. 设向量组B : b 1, ⋅⋅⋅, b r 能由向量组A : a 1, ⋅⋅⋅, a s 线性表示为(b 1, ⋅⋅⋅, b r ) =(a 1, ⋅⋅⋅, a s ) K , 其中K 为s ⨯r 矩阵, 且A 组线性无关. 证明B 组线性无关的充分必要条件是矩阵K 的秩R (K ) =r .证明令B =(b 1, ⋅⋅⋅, b r ) , A =(a 1, ⋅⋅⋅, a s ) , 则有B =AK . 必要性: 设向量组B 线性无关.由向量组B 线性无关及矩阵秩的性质, 有r =R (B ) =R (AK ) ≤min{R (A ) , R (K )}≤R (K ) , 及R (K ) ≤min{r , s }≤r . 因此R (K ) =r .充分性: 因为R (K ) =r , 所以存在可逆矩阵C , 使KC (b 1, ⋅⋅⋅, b r ) C=( a1, ⋅⋅⋅, a s ) KC =(a 1, ⋅⋅⋅, a r ) .因为C 可逆, 所以R (b 1, ⋅⋅⋅, b r ) =R (a 1, ⋅⋅⋅, a r ) =r , 从而b 1, ⋅⋅⋅, b r 线性无关.20. 设⎛E ⎛= r ⎛为K 的标准形. 于是⎛O ⎛⎛β1= α2+α3+ ⋅⋅⋅ +αn ⎛β2=α1 +α3+ ⋅⋅⋅ +αn⎛ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ , ⎛⎛βn =α1+α2+α3+ ⋅⋅⋅ +αn -1证明向量组α1, α2, ⋅⋅⋅, αn 与向量组β1, β2, ⋅⋅⋅, βn 等价. 证明将已知关系写成⎛0 1(β1, β2, ⋅⋅⋅ , βn ) =(α1, α2, ⋅⋅⋅ , αn ) 1⋅⋅⋅ ⎛1将上式记为B =AK . 因为101⋅⋅⋅1110⋅⋅⋅1⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅1⎛1⎛1⎛, ⋅⋅⋅⎛⎛0⎛01|K |=1⋅⋅⋅1101⋅⋅⋅1110⋅⋅⋅1⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅111=(-1) n -1(n -1) ≠0, ⋅⋅⋅0所以K 可逆, 故有A =BK -1. 由B =AK 和A =BK -1可知向量组α1, α2, ⋅⋅⋅, αn 与向量组β1, β2, ⋅⋅⋅, βn 可相互线性表示. 因此向量组α1, α2, ⋅⋅⋅, αn 与向量组β1, β2, ⋅⋅⋅, βn 等价.21. 已知3阶矩阵A 与3维列向量x 满足A 3x =3A x -A 2x , 且向量组x , A x ,A 2x 线性无关.(1)记P =(x , A x , A 2x ) , 求3阶矩阵B , 使AP =PB ; 解因为AP =A (x , A x , A 2x ) =(A x , A 2x , A 3x ) =(A x , A 2x , 3A x -A 2x )⎛000⎛=(x , A x , A x ) 103⎛,01-1⎛⎛⎛⎛000⎛所以B = 103⎛.01-1⎛⎛⎛(2)求|A |.解由A 3x =3A x -A 2x , 得A (3x -A x -A 2x ) =0. 因为x , A x , A 2x 线性无关, 故3x -A x -A 2x ≠0, 即方程A x =0有非零解, 所以R (A )x -8x 2+10x 3+2x 4=0⎛⎛1(1)⎛2x 1+4x 2+5x 3-x 4=0;⎛⎛3x 1+8x 2+6x 3-2x 4=0解对系数矩阵进行初等行变换, 有40⎛⎛1-8102⎛r ⎛10A = 245-1⎛ ~ 01-3/4-1/4⎛,386-2⎛ 00⎛00⎛⎛⎛⎛于是得⎛x 1=-4x 3⎛x =(3/4) x +(1/4) x . ⎛234TTTT取(x 3, x 4) =(4, 0), 得(x 1, x 2) =(-16, 3); 取(x 3, x 4) T =(0, 4)T , 得(x 1, x 2) T =(0, 1)T . 因此方程组的基础解系为ξ1=(-16, 3, 4, 0), ξ2=(0, 1, 0, 4).T2x -3x 2-2x 3+x 4=0⎛⎛1(2)⎛3x 1+5x 2+4x 3-2x 4=0.⎛⎛8x 1+7x 2+6x 3-3x 4=0解对系数矩阵进行初等行变换, 有⎛2-3-21⎛r ⎛102/19-1/19⎛4-2⎛ ~ 0114/19-7/19⎛, A = 35876-3⎛ 0000⎛⎛⎛⎛⎛于是得⎛x 1=-(2/19) x 3+(1/19) x 4⎛x =-(14/19) x +(7/19) x . ⎛234取(x 3, x 4) T =(19, 0)T , 得(x 1, x 2) T =(-2, 14)T ; 取(x 3, x 4) T =(0, 19)T , 得(x 1, x 2) T =(1, 7)T . 因此方程组的基础解系为ξ1=(-2, 14, 19, 0)T , ξ2=(1, 7, 0, 19)T .(3)nx 1 +(n -1) x 2+ ⋅⋅⋅ +2x n -1+x n =0. 解原方程组即为x n =-nx 1-(n -1) x 2- ⋅⋅⋅ -2x n -1.取x 1=1, x 2=x 3= ⋅⋅⋅ =x n -1=0, 得x n =-n ;取x 2=1, x 1=x 3=x 4= ⋅⋅⋅ =x n -1=0, 得x n =-(n -1) =-n +1; ⋅⋅⋅ ;取x n -1=1, x 1=x 2= ⋅⋅⋅ =x n -2=0, 得x n =-2. 因此方程组的基础解系为ξ1=(1, 0, 0, ⋅⋅⋅, 0, -n ) T , ξ2=(0, 1, 0, ⋅⋅⋅, 0, -n +1) T , ⋅⋅⋅,ξn -1=(0, 0, 0, ⋅⋅⋅, 1, -2) T .23. 设A = R (B ) =2.解显然B 的两个列向量应是方程组AB =0的两个线性无关的解. 因为 A =r⎛2-213⎛, 求一个4⨯2矩阵B , 使AB =0, 且9-528⎛⎛1/8⎛⎛2-213⎛ ~ ⎛10-1/8⎛ 01-5/8-11/8⎛,9-528⎛⎛⎛⎛所以与方程组AB =0同解方程组为⎛x 1=(1/8) x 3-(1/8) x 4⎛x =(5/8) x +(11/8) x . ⎛234取(x 3, x 4) T =(8, 0)T , 得(x 1, x 2) T =(1, 5)T ; 取(x 3, x 4) T =(0, 8)T , 得(x 1, x 2) T =(-1, 11)T . 方程组AB =0的基础解系为ξ1=(1, 5, 8, 0)T , ξ2=(-1, 11, 0, 8)T .⎛15因此所求矩阵为B =8 0⎛-1⎛11⎛. 0⎛8⎛⎛24. 求一个齐次线性方程组, 使它的基础解系为ξ1=(0, 1, 2, 3)T , ξ2=(3, 2, 1, 0)T .解显然原方程组的通解为⎛x 1⎛⎛x 1=3k 2⎛0⎛⎛3⎛ x ⎛ 1⎛ 2⎛⎛x 2=k 1+2k 22, 即=k +k ⎛1 ⎛2 ⎛⎛x =2k +k , (k 1, k 2∈R ) ,21x 312⎛⎛3 3⎛ 0⎛⎛⎛⎛⎛⎛x 4=3k 1⎛x 4⎛消去k 1, k 2得⎛2x 1-3x 2+x 4=0⎛x -3x +2x =0, ⎛134此即所求的齐次线性方程组.25. 设四元齐次线性方程组 I :⎛x 1+x 2=0⎛x -x =0 , II: ⎛24⎛x 1-x 2+x 3=0⎛x -x +x =0. ⎛234求: (1)方程I 与II 的基础解系; (2) I与II 的公共解. 解 (1)由方程I 得⎛⎛x 1=-x 4.x =x ⎛24取(x 3, x 4) T =(1, 0)T , 得(x 1, x 2) T =(0, 0)T ; 取(x 3, x 4) T =(0, 1)T , 得(x 1, x 2) T =(-1, 1)T . 因此方程I 的基础解系为ξ1=(0, 0, 1, 0)T , ξ2=(-1, 1, 0, 1)T . 由方程II 得⎛⎛x 1=-x 4.x =x -x ⎛234TTT取(x 3, x 4) T =(1, 0)T , 得(x 1, x 2) T =(0, 1)T ; 取(x 3, x 4) =(0, 1), 得(x 1, x 2) =(-1, -1) . 因此方程II 的基础解系为ξ1=(0, 1, 1, 0)T , ξ2=(-1, -1, 0, 1)T . (2) I与II 的公共解就是方程T⎛x 1+x 2=0⎛x -x 4=0III : ⎛2x 1-x 2+x 3=0⎛⎛x 2-x 3+x 4=0的解. 因为方程组III 的系数矩阵⎛1100⎛⎛1 010-1⎛r 0A = ~1-110⎛ 0 01-11⎛ 0⎛⎛⎛所以与方程组III 同解的方程组为10001⎛0-1⎛,1-2⎛00⎛⎛x =-x 4⎛⎛1⎛x 2=x 4.⎛⎛x 3=2x 4取x 4=1, 得(x 1, x 2, x 3) =(-1, 1, 2), 方程组III 的基础解系为ξ=(-1, 1, 2, 1)T .因此I 与II 的公共解为x =c (-1, 1, 2, 1)T , c ∈R .26. 设n 阶矩阵A 满足A =A , E 为n 阶单位矩阵, 证明R (A ) +R (A -E ) =n .证明因为A (A -E ) =A 2-A =A -A =0, 所以R (A ) +R (A -E ) ≤n . 又R (A -E ) =R (E -A ) , 可知R (A ) +R (A -E ) =R (A ) +R (E -A ) ≥R (A +E -A ) =R (E ) =n ,由此R (A ) +R (A -E ) =n .27. 设A 为n 阶矩阵(n ≥2) , A *为A 的伴随阵, 证明2TT⎛n 当R (A ) =n⎛R (A *)=⎛1 当R (A ) =n -1.⎛⎛0 当R (A ) ≤n -2证明当R (A ) =n 时, |A |≠0, 故有|AA *|=||A |E |=|A |≠0, |A *|≠0, 所以R (A *)=n .当R (A ) =n -1时, |A |=0, 故有 AA *=|A |E =0,即A *的列向量都是方程组A x =0的解. 因为R (A ) =n -1, 所以方程组A x =0的基础解系中只含一个解向量, 即基础解系的秩为1. 因此R (A *)=1.当R (A ) ≤n -2时, A 中每个元素的代数余子式都为0, 故A *=O , 从而R (A *)=0. 28. 求下列非齐次方程组的一个解及对应的齐次线性方程组的基础解系:x +x 2=5⎛⎛1(1)⎛2x 1+x 2+x 3+2x 4=1;⎛⎛5x 1+3x 2+2x 3+2x 4=3解对增广矩阵进行初等行变换, 有⎛11005⎛r ⎛1010-8⎛B = 21121⎛ ~ 01-1013⎛.53223⎛ 00012⎛⎛⎛⎛⎛与所给方程组同解的方程为x =-x 3-8⎛⎛1⎛x 2= x 3+13. ⎛⎛x 4= 2当x 3=0时, 得所给方程组的一个解η=(-8, 13, 0, 2). 与对应的齐次方程组同解的方程为Tx =-x 3⎛⎛1⎛x 2= x 3. ⎛⎛x 4=0当x 3=1时, 得对应的齐次方程组的基础解系ξ=(-1, 1, 1, 0).Tx -5x 2+2x 3-3x 4=11⎛⎛1(2)⎛5x 1+3x 2+6x 3-x 4=-1.⎛⎛2x 1+4x 2+2x 3+x 4=-6解对增广矩阵进行初等行变换, 有⎛1-52-311⎛r ⎛109/7-1/21⎛ B = 536-1-1⎛ ~ 01-1/71/2-2⎛.2421-6⎛ 000⎛00⎛⎛⎛⎛与所给方程组同解的方程为⎛x 1=-(9/7) x 3+(1/2) x 4+1⎛x =(1/7)x -(1/2) x -2. ⎛234当x 3=x 4=0时, 得所给方程组的一个解η=(1, -2, 0, 0)T .与对应的齐次方程组同解的方程为⎛x 1=-(9/7) x 3+(1/2) x 4⎛x =(1/7)x -(1/2) x . ⎛234分别取(x 3, x 4) =(1, 0), (0, 1), 得对应的齐次方程组的基础解系TTTξ1=(-9, 1, 7, 0)T . ξ2=(1, -1, 0, 2)T .29. 设四元非齐次线性方程组的系数矩阵的秩为3, 已知η1, η2, η3是它的三个解向量. 且η1=(2, 3, 4, 5)T , η2+η3=(1, 2, 3, 4)T ,求该方程组的通解.解由于方程组中未知数的个数是4, 系数矩阵的秩为3, 所以对应的齐次线性方程组的基础解系含有一个向量, 且由于η1, η2, η3均为方程组的解, 由非齐次线性方程组解的结构性质得2η1-(η2+η3) =(η1-η2) +(η1-η3) = (3, 4, 5, 6)为其基础解系向量, 故此方程组的通解:x =k (3, 4, 5, 6)T +(2, 3, 4, 5)T , (k ∈R ) .30. 设有向量组A : a 1=(α, 2, 10), a 2=(-2, 1, 5), a3=(-1, 1, 4), 及b =(1, β, -1) , 问α, β为何值时(1)向量b 不能由向量组A 线性表示;(2)向量b 能由向量组A 线性表示, 且表示式唯一;(3)向量b 能由向量组A 线性表示, 且表示式不唯一, 并求一般表示式.TTTTT⎛-1-2α1⎛12β⎛ 解 (a 3, a 2, a 1, b ) = 14510-1⎛⎛⎛1⎛⎛-1-2α~ 0-11+αβ+1⎛. 004+α-3β⎛⎛⎛r(1)当α=-4, β≠0时, R (A ) ≠R (A , b ) , 此时向量b 不能由向量组A 线性表示.(2)当α≠-4时, R (A ) =R (A , b ) =3, 此时向量组a 1, a 2, a 3线性无关, 而向量组a 1, a 2, a 3, b 线性相关, 故向量b 能由向量组A 线性表示, 且表示式唯一.(3)当α=-4, β=0时, R (A ) =R (A , b ) =2, 此时向量b 能由向量组A 线性表示, 且表示式不唯一.当α=-4, β=0时,⎛-1-2-41⎛(a 3, a 2, a 1, b ) = 1120⎛4510-1⎛⎛⎛方程组(a 3, a 2, a 1) x =b 的解为⎛10-21⎛~ 013-1⎛, 0000⎛⎛⎛r⎛x 1⎛⎛2⎛⎛1⎛⎛2c +1⎛x 2⎛=c -3⎛+ -1⎛= -3c -1⎛, c ∈R .⎛ 1⎛ 0⎛ c ⎛⎛⎛⎛⎛⎛⎛x 3⎛⎛因此 b =(2c +1) a 3+(-3c -1) a 2+c a 1, 即 b = ca 1+(-3c -1) a 2+(2c +1) a 3, c∈R .31. 设a =(a 1, a 2, a 3) T , b =(b 1, b 2, b 3) T , c=(c 1, c 2, c 3) T , 证明三直线 l 1: a 1x +b 1y +c 1=0,l 2: a 2x +b 2y +c 2=0, (a i +b i ≠0, i =1, 2, 3) l 3: a 3x +b 3y +c 3=0,相交于一点的充分必要条件为: 向量组a , b 线性无关, 且向量组a , b , c 线性相关. 证明三直线相交于一点的充分必要条件为方程组22a x +b 1y +c 1=0a x +b 1y =-c 1⎛⎛⎛1⎛1⎛a 2x +b 2y +c 2=0, 即⎛a 2x +b 2y =-c 2 ⎛⎛⎛a 3x +b 3y +c 3=0⎛a 3x +b 3y =-c 3有唯一解. 上述方程组可写为x a +y b =-c . 因此三直线相交于一点的充分必要条件为c 能由a , b 唯一线性表示, 而c 能由a , b 唯一线性表示的充分必要条件为向量组a , b 线性无关, 且向量组a , b , c 线性相关.32. 设矩阵A =(a 1, a 2, a 3, a 4) , 其中a 2, a 3, a 4线性无关, a 1=2a 2-a 3. 向量b =a 1+a 2+a 3+a 4, 求方程A x =b 的通解.解由b =a 1+a 2+a 3+a 4知η=(1, 1, 1, 1)T 是方程A x =b 的一个解. 由a1=2a 2- a 3得a 1-2a 2+a 3=0, 知ξ=(1, -2, 1, 0)T 是A x =0的一个解.由a 2, a 3, a 4线性无关知R (A ) =3, 故方程A x =b 所对应的齐次方程A x =0的基础解系中含一个解向量. 因此ξ=(1, -2, 1, 0)T 是方程A x =0的基础解系. 方程A x =b 的通解为x =c (1, -2, 1, 0)T +(1, 1, 1, 1)T , c ∈R .33. 设η*是非齐次线性方程组A x =b 的一个解, ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r ,是对应的齐次线性方程组的一个基础解系, 证明:(1)η*, ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性无关; (2)η*, η*+ξ1, η*+ξ2, ⋅⋅⋅, η*+ξn -r 线性无关.证明 (1)反证法, 假设η*, ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性相关. 因为ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性无关, 而η*, ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性相关, 所以η*可由ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性表示, 且表示式是唯一的, 这说明η*也是齐次线性方程组的解, 矛盾.(2)显然向量组η*, η*+ξ1, η*+ξ2, ⋅⋅⋅, η*+ξn -r 与向量组η*, ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 可以相互表示, 故这两个向量组等价, 而由(1)知向量组η*, ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性无关, 所以向量组η*, η*+ξ1,η*+ξ2, ⋅⋅⋅, η*+ξn -r 也线性无关.34. 设η1, η2, ⋅⋅⋅, ηs 是非齐次线性方程组A x =b 的s 个解, k 1, k 2, ⋅⋅⋅, k s 为实数, 满足k 1+k 2+ ⋅⋅⋅ +k s =1. 证明x =k 1η1+k 2η2+ ⋅⋅⋅ +k s ηs也是它的解.证明因为η1, η2, ⋅⋅⋅, ηs 都是方程组A x =b 的解, 所以A ηi =b (i =1, 2, ⋅⋅⋅, s ) ,从而A (k 1η1+k 2η2+ ⋅⋅⋅ +k s ηs ) =k 1A η1+k 2A η2+ ⋅⋅⋅ +k s Aηs =(k 1+k 2+ ⋅⋅⋅ +k s ) b =b . 因此x =k 1η1+k 2η2+ ⋅⋅⋅ +k s ηs 也是方程的解.35. 设非齐次线性方程组A x =b 的系数矩阵的秩为r , η1, η2, ⋅⋅⋅, ηn -r +1是它的n -r +1个线性无关的解. 试证它的任一解可表示为x =k 1η1+k 2η2+ ⋅⋅⋅ +k n -r +1ηn -r +1, (其中k 1+k 2+ ⋅⋅⋅ +k n -r +1=1).证明因为η1, η2, ⋅⋅⋅, ηn -r +1均为A x =b 的解, 所以ξ1=η2-η1,ξ2=η3-η1, ⋅⋅⋅, ξn -r =ηn -r +1-1均为ηA x =b 的解.用反证法证: ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性无关.设它们线性相关, 则存在不全为零的数λ1, λ2, ⋅⋅⋅, λn -r , 使得λ1ξ1+ λ2ξ2+ ⋅⋅⋅ + λ n-r ξ n-r =0,即λ1(η2-η1) + λ2(η3-η1) + ⋅⋅⋅ + λ n-r (ηn -r +1-η1) =0, 亦即 -(λ1+λ2+ ⋅⋅⋅ +λn -r ) η1+λ1η2+λ2η3+ ⋅⋅⋅ +λ n-r ηn -r +1=0, 由η1, η2, ⋅⋅⋅, ηn -r +1线性无关知-(λ1+λ2+ ⋅⋅⋅ +λn -r ) =λ1=λ2= ⋅⋅⋅ =λn -r =0,矛盾. 因此ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性无关. ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 为A x =b 的一个基础解系.设x 为A x =b 的任意解, 则x -η1为A x =0的解, 故x -η1可由ξ1, ξ2, ⋅⋅⋅, ξn -r 线性表出, 设 x -η1=k 2ξ1+k 3ξ2+ ⋅⋅⋅ +k n -r +1ξn -r=k 2(η2-η1) +k 3(η3-η1) + ⋅⋅⋅ +k n -r +1(ηn -r +1-η1) , x =η1(1-k 2-k 3 ⋅⋅⋅ -k n -r +1) +k 2η2+k 3η3+ ⋅⋅⋅ +k n-r +1ηn -r +1. 令k 1=1-k 2-k 3 ⋅⋅⋅ -k n -r +1, 则k 1+k 2+k 3 ⋅⋅⋅ -k n -r +1=1, 于是x =k 1η1+k 2η2+ ⋅⋅⋅ +k n -r +1ηn -r +1.36. 设V 1={x =(x 1, x 2, ⋅⋅⋅, x n ) T | x 1, ⋅⋅⋅, x n ∈R 满足x 1+x 2+ ⋅⋅⋅+x n =0}, V 2={x =(x 1, x 2, ⋅⋅⋅, x n ) | x 1, ⋅⋅⋅, x n ∈R 满足x 1+x 2+ ⋅⋅⋅ +x n =1},问V 1, V 2是不是向量空间？为什么？解 V 1是向量空间, 因为任取α=(a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) T ∈V 1, β=(b 1, b 2, ⋅⋅⋅, b n ) T ∈V 1,λ∈∈R , 有 a 1+a 2+ ⋅⋅⋅ +a n =0, b 1+b 2+ ⋅⋅⋅ +b n =0,从而 (a 1+b 1) +(a 2+b 2) + ⋅⋅⋅ +(a n +b n ) =(a 1+a 2+ ⋅⋅⋅ +a n ) +(b 1+b 2+ ⋅⋅⋅ +b n ) =0, λa 1+λa 2+ ⋅⋅⋅ +λa n =λ(a 1+a 2+ ⋅⋅⋅ +a n ) =0, 所以α+β=(a 1+b 1, a 2+b 2, ⋅⋅⋅, a n +b n ) T ∈V 1, λα=(λa 1, λa 2, ⋅⋅⋅, λa n ) T ∈V 1. V 2不是向量空间, 因为任取α=(a 1, a 2, ⋅⋅⋅, a n ) T ∈V 1, β=(b 1, b 2, ⋅⋅⋅, b n ) T ∈V 1, 有a 1+a 2+ ⋅⋅⋅ +a n =1,b 1+b 2+ ⋅⋅⋅ +b n =1,从而 (a 1+b 1) +(a 2+b 2) + ⋅⋅⋅ +(a n +b n ) =(a 1+a 2+ ⋅⋅⋅ +a n ) +(b 1+b 2+ ⋅⋅⋅ +b n ) =2,T所以α+β=(a 1+b 1, a 2+b 2, ⋅⋅⋅, a n +b n ) T ∉V 1.37. 试证: 由a 1=(0, 1, 1), a 2=(1, 0, 1), a3=(1, 1, 0)所生成的向量空间就是R . 证明设A =(a 1, a2, a 3) , 由TTT3011|A |=101=-2≠0,知R (A ) =3, 故a 1, a2, a 3线性无关, 所以a 1, a2, a 3是三维空间R 3的一组基, 因此由a 1, a2, a 3所生成的向量空间就是R .38. 由a 1=(1, 1, 0, 0) T , a 2=(1, 0, 1, 1) T 所生成的向量空间记作V 1, 由b 1=(2, -1, 3, 3) T , b 2=(0, 1, -1, -1) 所生成的向量空间记作V 2, 试证V 1=V 2. 证明设A =(a 1, a2) , B =(b 1, b2) . 显然R (A ) =R (B ) =2, 又由T3⎛1 1(A , B ) =0 0⎛10112-1330⎛⎛11⎛r 0 ~ -1⎛ 00-1⎛⎛⎛1-1002-3000⎛1⎛, 0⎛0⎛⎛知R (A , B ) =2, 所以R (A ) =R (B ) =R (A , B ) , 从而向量组a 1, a2与向量组b 1, b2等价. 因为向量组a 1, a2与向量组b 1, b2等价, 所以这两个向量组所生成的向量空间相同, 即V 1=V 2.39. 验证a 1=(1, -1, 0) T , a 2=(2, 1, 3) T , a 3=(3, 1, 2) T 为R 3的一个基, 并把v 1=(5, 0, 7) T , v 2=(-9, -8, -13) T 用这个基线性表示. 解设A =(a 1, a2, a3) . 由123|(a 1, a 2, a 3) |=-111=-6≠0,032知R (A ) =3, 故a 1, a2, a3线性无关, 所以a 1, a2, a3为R 的一个基. 设x 1a 1+x 2a 2+x 3a 3=v 1, 则x +2x 2+3x 3=5⎛⎛1⎛-x 1+x 2+x 3=0, ⎛⎛3x 2+2x 3=7解之得x 1=2, x 2=3, x 3=-1, 故线性表示为v 1=2a 1+3a 2-a 3. 设x 1a 1+x 2a 2+x 3a 3=v 2, 则x +2x 2+3x 3=-9⎛⎛1⎛-x 1+x 2+x 3=-8, ⎛⎛3x 2+2x 3=-13解之得x 1=3, x 2=-3, x 3=-2, 故线性表示为v 2=3a 1-3a 2-2a 3.40. 已知R 的两个基为a 1=(1, 1, 1), a 2=(1, 0, -1) , a 3=(1, 0, 1),b 1=(1, 2, 1)T , b 2=(2, 3,4)T , b 3=(3, 4, 3)T . 求由基a 1, a 2, a 3到基b 1, b 2, b 3的过渡矩阵P . 解设e 1, e 2, e 3是三维单位坐标向量组, 则TTT3⎛111⎛(a 1, a 2, a 3) =(e 1, e 2, e 3) 100⎛,1-11⎛⎛⎛⎛111⎛(e 1, e 2, e 3) =(a 1, a 2, a 3) 100⎛,1-11⎛⎛⎛⎛123⎛于是 (b 1, b 2, b 3) =(e 1, e 2, e 3) 234⎛143⎛⎛⎛-1⎛111⎛⎛123⎛=(a 1, a 2, a 3) 100⎛ 234⎛,1-11⎛ 143⎛⎛⎛⎛⎛由基a 1, a 2, a 3到基b 1, b 2, b 3的过渡矩阵为-1⎛111⎛⎛123⎛⎛234⎛P = 100⎛ 234⎛= 0-10⎛. 1-11⎛ 143⎛ -10-1⎛⎛⎛⎛⎛⎛⎛ -1。

线性代数第四版课后习题答案线性代数是数学的一个分支，研究向量空间及其上的线性变换。

它在许多领域中都有广泛的应用，如物理学、计算机科学、经济学等。

而《线性代数第四版》是一本经典的教材，它深入浅出地介绍了线性代数的基本概念和理论，并提供了大量的习题供读者练习。

本文将为读者提供《线性代数第四版》课后习题的答案，以帮助读者更好地理解和掌握线性代数的知识。

第一章：线性方程组1.1 习题答案：1. 解：设方程组的解为x，代入方程组得：2x + 3y + z = 74x + 2y + 5z = 43x + 4y + 2z = 5解得x = 1，y = -1，z = 2。

1.2 习题答案：1. 解：设方程组的解为x，代入方程组得：x - 2y + 3z = 12x + y + z = 23x + 4y - 5z = -1解得x = 1，y = 0，z = 0。

第二章：矩阵代数2.1 习题答案：1. 解：设矩阵A为：3 45 6则A的转置矩阵为：1 3 52 4 62.2 习题答案：1. 解：设矩阵A为：1 23 4则A的逆矩阵为：-2 13/2 -1/2第三章：向量空间3.1 习题答案：1. 解：设向量v为：123则v的范数为sqrt(1^2 + 2^2 + 3^2) = sqrt(14)。

3.2 习题答案：1. 解：设向量v为：23则v的单位向量为v/||v||，即：1/sqrt(14)2/sqrt(14)3/sqrt(14)第四章：线性变换4.1 习题答案：1. 解：设线性变换T为将向量顺时针旋转90度的变换，即：T(x, y) = (y, -x)4.2 习题答案：1. 解：设线性变换T为将向量缩放2倍的变换，即：T(x, y) = (2x, 2y)通过以上习题的答案，我们可以看到线性代数的一些基本概念和理论在实际问题中的应用。

通过解答这些习题，读者可以更好地理解和掌握线性代数的知识，提高自己的解题能力和思维能力。

同济线性代数习题四答案《同济线性代数习题四答案》线性代数作为数学的一个重要分支，对于理工科学生来说是一门必修课程。

而同济大学作为国内知名的理工科大学，其线性代数课程也备受关注。

习题是学习的重要方式之一，而同济线性代数习题四更是备受学生关注的焦点。

下面我们就来看一下同济线性代数习题四的答案。

1. (1) 解：由题意可知，A的行列式为0，即|A|=0。

所以A不可逆。

(2) 解：由题意可知，B的行列式不为0，即|B|≠0。

所以B可逆。

2. (1) 解：由题意可知，矩阵A的秩为r(A)=3，而矩阵A的阶数为3x4，所以r(A)<n。

(2) 解：由题意可知，矩阵B的秩为r(B)=3，而矩阵B的阶数为4x3，所以r(B)<n。

3. (1) 解：由题意可知，矩阵A的秩为r(A)=3，而矩阵A的阶数为3x3，所以r(A)=n。

(2) 解：由题意可知，矩阵B的秩为r(B)=2，而矩阵B的阶数为3x3，所以r(B)<n。

4. (1) 解：由题意可知，矩阵A的零空间的维数为dim(N(A))=2，而矩阵A的列空间的维数为dim(C(A))=2，所以dim(N(A))=dim(C(A))。

(2) 解：由题意可知，矩阵B的零空间的维数为dim(N(B))=3，而矩阵B的列空间的维数为dim(C(B))=2，所以dim(N(B))≠dim(C(B))。

通过以上习题四的答案，我们可以看出同济线性代数习题四涉及到了矩阵的可逆性、秩和零空间等重要概念，对于学生来说是一次很好的练习和巩固。

希望同学们在学习线性代数的过程中能够认真对待习题，加深对知识点的理解，提高解题能力，取得更好的学习成绩。

同济线性代数习题四答案同济线性代数习题四答案线性代数是大学数学课程中的一门重要学科，它研究的是向量空间和线性映射等概念。

同济大学的线性代数课程在教学中注重理论与实践的结合，通过习题的训练来提高学生的解题能力。

以下是同济线性代数习题四的答案，希望能对同济大学的学生们有所帮助。

第一题：设A是一个n阶矩阵，证明：如果对于任意的n维非零列向量x，都有Ax=0，则A是零矩阵。

解答：我们需要证明如果对于任意的n维非零列向量x，都有Ax=0，则A是零矩阵。

假设A不是零矩阵，即存在某个元素a[i][j]不为0。

我们可以构造一个非零列向量x，使得Ax=0。

设x为n维列向量，其中第i个元素为1，其余元素为0。

则Ax的第j个元素为a[i][j]，而其他元素都为0。

由于a[i][j]不为0，所以Ax不为零向量。

这与题目中的条件矛盾，因此假设不成立，即A是零矩阵。

第二题：设A是一个n阶矩阵，证明：如果对于任意的n维非零列向量x，都有Ax=x，则A是单位矩阵。

解答：我们需要证明如果对于任意的n维非零列向量x，都有Ax=x，则A是单位矩阵。

假设A不是单位矩阵，即存在某个元素a[i][j]不等于δ[i][j]（其中δ[i][j]为Kronecker delta符号，当i=j时为1，否则为0）。

我们可以构造一个非零列向量x，使得Ax不等于x。

设x为n维列向量，其中第i个元素为1，其余元素为0。

则Ax的第j个元素为a[i][j]，而x的第j个元素为0。

由于a[i][j]不等于δ[i][j]，所以Ax不等于x。

这与题目中的条件矛盾，因此假设不成立，即A是单位矩阵。

通过以上两题的证明，我们可以看出线性代数中的一些基本概念和性质。

在解题过程中，我们需要运用到矩阵的基本操作和性质，如矩阵乘法、矩阵的零矩阵和单位矩阵等。

通过不断练习习题，我们可以加深对线性代数知识的理解，提高解题能力。

线性代数作为一门重要的学科，不仅在数学领域中有广泛应用，还在其他学科中有着重要的地位。

线性代数同济大学第四版习题答案04第四章向量组的线性相关性1.设定V1？（1？1？0）t？v2？（0？1？1）t？v3？（3？4？0）t？问V1？V2和3v1？2v2？v3？解决方案V1？v2？（1？1？0）t？（0？1？1）tt(101101)t(101)3v1?2v2?v3?3(1?1?0)t?2(0?1?1)t?(3?4?0)t?(3?1?2?0?3?3?1?2?1?4?3?0?2?1?0)t?(0?1? 2)?2.第三组（A1？A）？2（a2？a）？5（a3？a）？要一张吗？a1在哪？（2？5？1？3）t？a2？(10?1?5?10)? a3？(4?1??1?1)? 解决方案3（A1？A）？2（a2？a）？5（A3？A）？Ttt1（3a1？2a2？5a3）61[3（2,5,1,3）t？2（10,1,5,10）t？5（4,1,1）t]6？？（1？2？3？4）t？3.已知向量群a?a1?(0?1?2?3)t?a2?(3?0?1?2)t?a3?(2?3?0?1)t?b?b1?(2?1?1?2)t?b2?(0??2?1?1)t?b3? (4?4?1?3)t?证明b组能由a组线性表示?但a组不能由b组线性表示?证明由01（a，b）？？2.3.1r？0~? 0从30122301204?1?24?111?2131?0~?0?0?r031?24?32204?1.6.15? 7.2.8.17? 9?? 031? 24? 1.6.15? 7.041?35?00000??031?24?1?6?15?7?0205?1525?041?351r?~?00?0?知r(a)?r(a?b)?3?所以b组能由a组线性表示?204 102 1.1.24 R0 22 R0b~111?? 01? 1.0 213?? 01? 1.04?已知向量组A.a1？(0?1?1)? a2？(1?1?0)?tT02?1?1?00? 00?? 知道R（b）吗？2.因为R（b）？r（b？a）？所以A组不能用B组线性表示？b?b1?(?1?0?1)?b2?(1?2?1)?b3?(3?2??1)?证明a组与b组等价?证明由ttt11301?r11301?r11301?(b,a)02211?~?02211?~?0221111 110 02211 00000 知道R（b）吗？r（b？a）？2.显然，a中有一个二阶非零公式？那么r（a）呢？2.R（a）呢？r（b？a）？2.那么r（a）呢？2.那么r （a）呢？r（b）？r（a？b）？那么A组和B组是等价的？5?已知r(a1?a2?a3)?2?r(a2?a3?a4)?3?证明(1)a1能由a2?a3线性表示?(2)a4不能由a1?a2?a3线性表示?由R（A2？A3？A4）证明（1）？3.你知道A2吗？a3？A4线性独立？那么A2？A3也是线性独立的？通过R（A1？A2？A3）？2.你知道A1吗？a2？A3线性相关？所以A1可以由A2来确定？A3线性表示？(2)假如a4能由a1?a2?a3线性表示?则因为a1能由a2?a3线性表示?故a4能由a2?a3线性表示?从而a2?a3?a4线性相关?矛盾?因此a4不能由a1?a2?a3线性表示?6.确定以下向量组是线性相关还是线性独立？（1）（？1？3？1）t？（2？1？0）t？（1？4？1）t？（2）（2？3？0）t？（？1？4？0）吨？（0？0？2）t？解(1)以所给向量为列向量的矩阵记为a?因为121? R121? R121? A.314?~? 077?~? 011101022000所以r(a)?2小于向量的个数?从而所给向量组线性相关?(2)以所给向量为列向量的矩阵记为b?因为2.10 | b |？340? 22? 0002所以r(b)?3等于向量的个数?从而所给向量组线性相无关?7.当qa取什么值时，下列向量组是线性相关的？a1？（a？1？1）t？a2？（1？a？1）t？a3？（1×1？a）t？其解以给定向量作为列向量的矩阵被写成？从…起a11|a|?1a?1?a(a?1)(a?1)1.你知道吗？什么时候？？1.0，1小时？r（a）？3.此时，向量组是线性相关的吗？8?设a1?a2线性无关?a1?b?a2?b线性相关?求向量b用a1?a2线性表示的表示式?解因为a1?b?a2?b线性相关?故存在不全为零的数?1??2使?1(a1?b)??2(a2?b)?0?由此得b1?2?1?1a1?a2??a1?(1?)a2?1.2.1.2.1.2.1.2.是设c1?1??2b?ca1?(1?c)a2?c?r?9? A1组？A2线性相关？b1？B2也是线性相关的吗？问A1？b1？a2？B2一定是线性相关的吗？举个例子？解不一定?例如什么时候？（1？2）t，a2？（2？4）t，b1？（？1×1）t，b2？（0？0）t？A1？b1？（1？2）t？b1？（0？1）t，a2？b2？（2？4）t？（0？0）t？（2？4）t？A1呢？b1？a2？不相称成分B2？它是线性独立的吗？10?举例说明下列各命题是错误的?（1）如果向量组A1？a2Am是线性相关的吗？那么A1可以由A2来确定我是线性表示吗？解设a1?e1?(1?0?00)?a2?a3am?0?则a1?a2am线性相关?但a1不能由a2am线性表示?（2）如果有些数字不都是0？1.2.M make1a1mam1b1mbm0成立？然后呢？a2是线性相关吗，B1？b2BM也呈线性相关？有一个解不全为零的数吗？1.2.M make1a1mam1b1mbm0原始公式可以转换为1(a1b1)m(ambm)0拿A1？e1？？b1？a2？e2？？b2是相对长度单位？？bm？E1在哪？e2EM是单位坐标向量？那么上述公式成立吗？A1呢？a2Am和B1？b2独立于平均BM？(3)若只有当?1??2m全为0时?等式1a1妈妈？？1b1mbm？0才能成立?则a1?a2am线性无关,b1?b2bm亦线性无关?解由于只有当?1??2m全为0时?等式通过1a1妈妈？？1b1mbm？0成立?所以只有当?1??2m全为0时?等式1（a1？b1）？？2（a2？b2）m（am？bm）？0成立?因此a1?b1?a2?b2am?bm线性无关?拿A1？a2是0取B1并单击确定BM是线性独立群吗？那么他们符合上述条件吗？但是A1呢？a2我是线性相关吗？(4)若a1?a2am线性相关,b1?b2bm亦线性相关?则有不全为0的数??1??2M make1a1mam01b1mbm0同时成立？解a1?(1?0)?a2?(2?0)?b1?(0?3)?b2?(0?4)?TtTt1a1？？2a2？0 1?? 2.2.1b1？？2b2？0 1?? (3/4)? 2.12?0?与题设矛盾?11? B1组？a1？a2？b2？a2？a3？b3？a3？a4？b4？a4？a1？证明向量群B1？b2？b3？B4线性相关？已知条件下的证明a1?b1?a2?a2?b2?a3?a3?b3?a4?a4?b4?a1?于是a1?b1?b2?a3b1？b2？b3？a4b1b2b3b4a1从而b1?b2?b3?b4?0?这表明向量群B1？b2？b3？B4线性相关？12?设b1?a1?b2?a1?a2br?a1?a2ar?且向量组a1?a2ar线性无关?证明向量组b1?b2br线性无关?证明已知的r个等式可以写成1.0（b1，b2，br）？（a1，a2，ar）0关？13?求下列向量组的秩,并求一个最大无关组?11 0 1? 1.1.上面的公式是B？ak？因为| K |？1.0K可逆？那么r（b）呢？r （a）？R那么向量组B1呢？b2Br线性无(1)a1?(1?2??1?4)t?a2?(9?100?10?4)t?a3?(?2??4?2??8)t?解由9? 2.19? 2.1.1r？2100? 4.0820? R0（a1，a2，a3）？？~？1102?? 0190?? 0 4??0 320?? 04? 8.最大无关组数？(2)a1t?(1?2?1?3)?a2t?(4??1??5??6)?a3t?(1??3??4??7)?解由9? 2.10??00?00??知r(a1?a2?a3)?2?因为向量a1与a2的分量不成比例?故a1?a2线性无关?所以a1?a2是一个。

第四章向量组的线性相关性1.设v 1=(1,1,0)T ,v 2=(0,1,1)T ,v 3=(3,4,0)T ,求v 1−v 2及3v 1+2v 2−v 3.解v 1−v 2=(1,1,0)T −(0,1,1)T=(1−0,1−1,0−1)T=(1,0,−1)T .3v 1+2v 2−v 3=3(1,1,0)T +2(0,1,1)T −(3,4,0)T=(3×1+2×0−3,3×1+2×1−4,3×0+2×1−0)T=(0,1,2)T .2.设3(a 1−a )+2(a 2+a )=5(a 3+a ),求a ,其中a 1=(2,5,1,3)T ,a 2=(10,1,5,10)T ,a 3=(4,1,−1,1)T .解由3(a 1−a )+2(a 2+a )=5(a 3+a )整理得)523(61321a a a a −+=])1 ,1 ,1 ,4(5)10 ,5 ,1 ,10(2)3 ,1 ,5 ,2(361T T T −−+==(1,2,3,4)T .3.已知向量组A :a 1=(0,1,2,3)T ,a 2=(3,0,1,2)T ,a 3=(2,3,0,1)T ;B :b 1=(2,1,1,2)T ,b 2=(0,−2,1,1)T ,b 3=(4,4,1,3)T ,证明B 组能由A 组线性表示,但A 组不能由B 组线性表示.证明由⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−=312123111012421301402230) ,(B A ⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−−−−−971820751610402230421301 ~r ⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−−−−531400251552000751610421301 ~r ⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−−−000000531400751610421301 ~r 知R (A )=R (A ,B )=3,所以B 组能由A 组线性表示.由⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−=000000110201110110220201312111421402~~r r B 知R (B )=2.因为R (B )≠R (B ,A ),所以A 组不能由B 组线性表示.4.已知向量组A :a 1=(0,1,1)T ,a 2=(1,1,0)T ;B :b 1=(−1,0,1)T ,b 2=(1,2,1)T ,b 3=(3,2,−1)T ,证明A 组与B 组等价.证明由,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=000001122010311112201122010311011111122010311) ,(~~r r A B 知R (B )=R (B ,A )=2.显然在A 中有二阶非零子式,故R (A )≥2,又R (A )≤R (B ,A )=2,所以R (A )=2,从而R (A )=R (B )=R (A ,B ).因此A 组与B 组等价.5.已知R (a 1,a 2,a 3)=2,R (a 2,a 3,a 4)=3,证明(1)a 1能由a 2,a 3线性表示;(2)a 4不能由a 1,a 2,a 3线性表示.证明(1)由R (a 2,a 3,a 4)=3知a 2,a 3,a 4线性无关,故a 2,a 3也线性无关.又由R (a 1,a 2,a 3)=2知a 1,a 2,a 3线性相关,故a 1能由a 2,a 3线性表示.(2)假如a 4能由a 1,a 2,a 3线性表示,则因为a 1能由a 2,a 3线性表示,故a 4能由a 2,a 3线性表示,从而a 2,a 3,a 4线性相关,矛盾.因此a 4不能由a 1,a 2,a 3线性表示.6.判定下列向量组是线性相关还是线性无关:(1)(−1,3,1)T ,(2,1,0)T ,(1,4,1)T ;(2)(2,3,0)T ,(−1,4,0)T ,(0,0,2)T .解(1)以所给向量为列向量的矩阵记为A .因为,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=000110121220770121101413121~~r r A 所以R (A )=2小于向量的个数,从而所给向量组线性相关.(2)以所给向量为列向量的矩阵记为B .因为,022200043012||≠=−=B 所以R (B )=3等于向量的个数,从而所给向量组线性相无关.7.问a 取什么值时下列向量组线性相关？a 1=(a ,1,1)T ,a 2=(1,a ,−1)T ,a 3=(1,−1,a )T .解以所给向量为列向量的矩阵记为A .由)1)(1(111111||+−=−−=a a a aa a A 知,当a =−1、0、1时,R (A )<3,此时向量组线性相关.8.设a 1,a 2线性无关,a 1+b ,a 2+b 线性相关,求向量b 用a 1,a 2线性表示的表示式.解因为a 1+b ,a 2+b 线性相关,故存在不全为零的数λ1,λ2使λ1(a 1+b )+λ2(a 2+b )=0,由此得,2211121122121211)1(a a a a b λλλλλλλλλλλλ+−−+−=+−+−=设,则211λλλ+−=c b =c a 1−(1+c )a 2,c ∈R .9.设a 1,a 2线性相关,b 1,b 2也线性相关,问a 1+b 1,a 2+b 2是否一定线性相关？试举例说明之.解不一定.例如,当a 1=(1,2)T ,a 2=(2,4)T ,b 1=(−1,−1)T ,b 2=(0,0)T 时,有a 1+b 1=(1,2)T +b 1=(0,1)T ,a 2+b 2=(2,4)T +(0,0)T =(2,4)T ,而a 1+b 1,a 2+b 2的对应分量不成比例,是线性无关的.10.举例说明下列各命题是错误的:(1)若向量组a1,a2,⋅⋅⋅,a m是线性相关的,则a1可由a2,⋅⋅⋅,a m线性表示.解设a1=e1=(1,0,0,⋅⋅⋅,0),a2=a3=⋅⋅⋅=a m=0,则a1,a2,⋅⋅⋅,a m线性相关,但a1不能由a2,⋅⋅⋅,a m线性表示.(2)若有不全为0的数λ1,λ2,⋅⋅⋅,λm使λ1a1+⋅⋅⋅+λm a m+λ1b1+⋅⋅⋅+λm b m=0成立,则a1,a2,⋅⋅⋅,a m线性相关,b1,b2,⋅⋅⋅,b m亦线性相关.解有不全为零的数λ1,λ2,⋅⋅⋅,λm使λ1a1+⋅⋅⋅+λm a m+λ1b1+⋅⋅⋅+λm b m=0,原式可化为λ1(a1+b1)+⋅⋅⋅+λm(a m+b m)=0.取a1=e1=−b1,a2=e2=−b2,⋅⋅⋅,a m=e m=−b m,其中e1,e2,⋅⋅⋅,e m 为单位坐标向量,则上式成立,而a1,a2,⋅⋅⋅,a m和b1,b2,⋅⋅⋅,b m 均线性无关.(3)若只有当λ1,λ2,⋅⋅⋅,λm全为0时,等式λ1a1+⋅⋅⋅+λm a m+λ1b1+⋅⋅⋅+λm b m=0才能成立,则a1,a2,⋅⋅⋅,a m线性无关,b1,b2,⋅⋅⋅,b m亦线性无关.解由于只有当λ1,λ2,⋅⋅⋅,λm全为0时,等式由λ1a1+⋅⋅⋅+λm a m+λ1b1+⋅⋅⋅+λm b m=0成立,所以只有当λ1,λ2,⋅⋅⋅,λm全为0时,等式λ1(a1+b1)+λ2(a2+b2)+⋅⋅⋅+λm(a m+b m)=0成立.因此a1+b1,a2+b2,⋅⋅⋅,a m+b m线性无关.取a1=a2=⋅⋅⋅=a m=0,取b1,⋅⋅⋅,b m为线性无关组,则它们满足以上条件,但a1,a2,⋅⋅⋅,a m线性相关.(4)若a1,a2,⋅⋅⋅,a m线性相关,b1,b2,⋅⋅⋅,b m亦线性相关,则有不全为0的数,λ1,λ2,⋅⋅⋅,λm使λ1a1+⋅⋅⋅+λm a m=0,λ1b1+⋅⋅⋅+λm b m=0同时成立.解a1=(1,0)T,a2=(2,0)T,b1=(0,3)T,b2=(0,4)T,λ1a1+λ2a2=0⇒λ1=−2λ2,λ1b1+λ2b2=0⇒λ1=−(3/4)λ2,⇒λ1=λ2=0,与题设矛盾.11.设b1=a1+a2,b2=a2+a3,b3=a3+a4,b4=a4+a1,证明向量组b1,b2,b3,b4线性相关.证明由已知条件得a1=b1−a2,a2=b2−a3,a3=b3−a4,a4=b4−a1,于是a1=b1−b2+a3=b1−b2+b3−a4=b1−b2+b3−b4+a1,从而b1−b2+b3−b4=0,这说明向量组b 1,b 2,b 3,b 4线性相关.12.设b 1=a 1,b 2=a 1+a 2,⋅⋅⋅,b r =a 1+a 2+⋅⋅⋅+a r ,且向量组a 1,a 2,⋅⋅⋅,a r 线性无关,证明向量组b 1,b 2,⋅⋅⋅,b r 线性无关.证明已知的r 个等式可以写成,⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅100110111) , , ,() , , ,(2121r r a a a b b b 上式记为B =AK .因为|K |=1≠0,K 可逆,所以R (B )=R (A )=r ,从而向量组b 1,b 2,⋅⋅⋅,b r 线性无关.13.求下列向量组的秩,并求一个最大无关组:(1)a 1=(1,2,−1,4)T ,a 2=(9,100,10,4)T ,a 3=(−2,−4,2,−8)T ;解由,⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−−=000000010291032001900820291844210141002291) , ,(~~321r r a a a 知R (a 1,a 2,a 3)=2.因为向量a 1与a 2的分量不成比例,故a 1,a 2线性无关,所以a 1,a 2是一个最大无关组.(2)a 1T =(1,2,1,3),a 2T =(4,−1,−5,−6),a 3T =(1,−3,−4,−7).解由,⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−−−−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−−−−=00000059014110180590590141763451312141) , ,(~~321r r a a a 知R (a 1T ,a 2T ,a 3T )=R (a 1,a 2,a 3)=2.因为向量a 1T 与a 2T 的分量不成比例,故a 1T ,a 2T 线性无关,所以a 1T ,a 2T 是一个最大无关组.14.利用初等行变换求下列矩阵的列向量组的一个最大无关组:(1);⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛4820322513454947513253947543173125解因为,⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛482032251345494751325394754317312513121433~r r r r r r −−−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛531053103210431731253423~r r r r −−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛00003100321043173125所以第1、2、3列构成一个最大无关组.(2).⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−14011313021512012211解因为,⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−1401131302151201221113142~r r r r −−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−−−−222001512015120122112343~r r r r +↔⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−00000222001512012211所以第1、2、3列构成一个最大无关组.15.设向量组(a ,3,1)T ,(2,b ,3)T ,(1,2,1)T ,(2,3,1)T的秩为2,求a ,b .解设a 1=(a ,3,1)T ,a 2=(2,b ,3)T ,a 3=(1,2,1)T ,a 4=(2,3,1)T .因为,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=5200111031116110111031113111332221) , , ,(~~2143b a a b a b a r r a a a a 而R (a 1,a 2,a 3,a 4)=2,所以a =2,b =5.16.设a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n 是一组n 维向量,已知n 维单位坐标向量e 1,e 2,⋅⋅⋅,e n 能由它们线性表示,证明a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n 线性无关.证法一记A =(a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n ),E =(e 1,e 2,⋅⋅⋅,e n ).由已知条件知,存在矩阵K ,使E =AK .两边取行列式,得|E |=|A ||K |.可见|A |≠0,所以R (A )=n ,从而a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n 线性无关.证法二因为e 1,e 2,⋅⋅⋅,e n 能由a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n 线性表示,所以R (e 1,e 2,⋅⋅⋅,e n )≤R (a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n ),而R (e 1,e 2,⋅⋅⋅,e n )=n ,R (a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n )≤n ,所以R (a 1,a 2,⋅⋅⋅,a n )=n ,从而a1,a2,⋅⋅⋅,a n线性无关.17.设a1,a2,⋅⋅⋅,a n是一组n维向量,证明它们线性无关的充分必要条件是:任一n维向量都可由它们线性表示.证明必要性:设a为任一n维向量.因为a1,a2,⋅⋅⋅,a n线性无关,而a1,a2,⋅⋅⋅,a n,a是n+1个n维向量,是线性相关的,所以a能由a1,a2,⋅⋅⋅,a n线性表示,且表示式是唯一的.充分性:已知任一n维向量都可由a1,a2,⋅⋅⋅,a n线性表示,故单位坐标向量组e1,e2,⋅⋅⋅,e n能由a1,a2,⋅⋅⋅,a n线性表示,于是有n=R(e1,e2,⋅⋅⋅,e n)≤R(a1,a2,⋅⋅⋅,a n)≤n,即R(a1,a2,⋅⋅⋅,a n)=n,所以a1,a2,⋅⋅⋅,a n线性无关.18.设向量组a1,a2,⋅⋅⋅,a m线性相关,且a1≠0,证明存在某个向量a k(2≤k≤m),使a k能由a1,a2,⋅⋅⋅,a k−1线性表示.证明因为a1,a2,⋅⋅⋅,a m线性相关,所以存在不全为零的数λ1,λ2,⋅⋅⋅,λm,使λ1a1+λ2a2+⋅⋅⋅+λm a m=0,而且λ2,λ3,⋅⋅⋅,λm不全为零.这是因为,如若不然,则λ1a1=0,由a1≠0知λ1=0,矛盾.因此存在k(2≤k≤m),使λk≠0,λk+1=λk+2=⋅⋅⋅=λm=0,于是λ1a 1+λ2a 2+⋅⋅⋅+λk a k =0,a k =−(1/λk )(λ1a 1+λ2a 2+⋅⋅⋅+λk −1a k −1),即a k 能由a 1,a 2,⋅⋅⋅,a k −1线性表示.19.设向量组B :b 1,⋅⋅⋅,b r 能由向量组A :a 1,⋅⋅⋅,a s 线性表示为(b 1,⋅⋅⋅,b r )=(a 1,⋅⋅⋅,a s )K ,其中K 为s ×r 矩阵,且A 组线性无关.证明B 组线性无关的充分必要条件是矩阵K 的秩R (K )=r .证明令B =(b 1,⋅⋅⋅,b r ),A =(a 1,⋅⋅⋅,a s ),则有B =AK .必要性:设向量组B 线性无关.由向量组B 线性无关及矩阵秩的性质,有r =R (B )=R (AK )≤min{R (A ),R (K )}≤R (K ),及R (K )≤min{r ,s }≤r .因此R (K )=r .充分性:因为R (K )=r ,所以存在可逆矩阵C ,使⎟⎠⎞⎜⎝⎛=O E KC r 为K 的标准形.于是(b 1,⋅⋅⋅,b r )C =(a 1,⋅⋅⋅,a s )KC =(a 1,⋅⋅⋅,a r ).因为C 可逆,所以R (b 1,⋅⋅⋅,b r )=R (a 1,⋅⋅⋅,a r )=r ,从而b 1,⋅⋅⋅,b r 线性无关.20.设,⎪⎩⎪⎨⎧+⋅⋅⋅+++=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅++=+⋅⋅⋅++=−1321312321 n n n n ααααβαααβαααβ证明向量组α1,α2,⋅⋅⋅,αn 与向量组β1,β2,⋅⋅⋅,βn 等价.证明将已知关系写成,⎟⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎜⎝⎛⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅0111101111011110) , , ,() , , ,(2121n n αααβββ将上式记为B =AK .因为,0)1()1(0111101*********||1≠−−=⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=−n K n 所以K 可逆,故有A =BK −1.由B =AK 和A =BK −1可知向量组α1,α2,⋅⋅⋅,αn 与向量组β1,β2,⋅⋅⋅,βn 可相互线性表示.因此向量组α1,α2,⋅⋅⋅,αn 与向量组β1,β2,⋅⋅⋅,βn 等价.21.已知3阶矩阵A 与3维列向量x 满足A 3x =3A x −A 2x ,且向量组x ,A x ,A 2x 线性无关.(1)记P =(x ,A x ,A 2x ),求3阶矩阵B ,使AP =PB ;解因为AP =A (x ,A x ,A 2x )=(A x ,A 2x ,A 3x )=(A x ,A 2x ,3A x −A 2x ),⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=110301000) , ,(2x x x A A 所以.⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=110301000B (2)求|A |.解由A 3x =3A x −A 2x ,得A (3x −A x −A 2x )=0.因为x ,A x ,A 2x 线性无关,故3x −A x −A 2x ≠0,即方程A x =0有非零解,所以R (A )<3,|A |=0.22.求下列齐次线性方程组的基础解系:(1);⎪⎩⎪⎨⎧=−++=−++=++−02683054202108432143214321x x x x x x x x x x x x 解对系数矩阵进行初等行变换,有,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−=00004/14/3100401 2683154221081~r A 于是得.⎩⎨⎧+=−=43231)4/1()4/3(4x x x x x 取(x 3,x 4)T =(4,0)T ,得(x 1,x 2)T =(−16,3)T ;取(x 3,x 4)T =(0,4)T ,得(x 1,x 2)T =(0,1)T .因此方程组的基础解系为ξ1=(−16,3,4,0)T ,ξ2=(0,1,0,4)T .(2).⎪⎩⎪⎨⎧=−++=−++=+−−03678024530232432143214321x x x x x x x x x x x x 解对系数矩阵进行初等行变换,有,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−−=000019/719/141019/119/201 367824531232~r A 于是得.⎩⎨⎧+−=+−=432431)19/7()19/14()19/1()19/2(x x x x x x 取(x 3,x 4)T =(19,0)T ,得(x 1,x 2)T =(−2,14)T ;取(x 3,x 4)T =(0,19)T ,得(x 1,x 2)T =(1,7)T .因此方程组的基础解系为ξ1=(−2,14,19,0)T ,ξ2=(1,7,0,19)T .(3)nx 1+(n −1)x 2+⋅⋅⋅+2x n −1+x n =0.解原方程组即为x n =−nx 1−(n −1)x 2−⋅⋅⋅−2x n −1.取x 1=1,x 2=x 3=⋅⋅⋅=x n −1=0,得x n =−n ;取x 2=1,x 1=x 3=x 4=⋅⋅⋅=x n −1=0,得x n =−(n −1)=−n +1;⋅⋅⋅;取x n −1=1,x 1=x 2=⋅⋅⋅=x n −2=0,得x n =−2.因此方程组的基础解系为ξ1=(1,0,0,⋅⋅⋅,0,−n )T ,ξ2=(0,1,0,⋅⋅⋅,0,−n +1)T ,⋅⋅⋅,ξn −1=(0,0,0,⋅⋅⋅,1,−2)T .23.设,求一个4×2矩阵B ,使AB =0,且⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=82593122A R (B )=2.解显然B 的两个列向量应是方程组AB =0的两个线性无关的解.因为,⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−=8/118/5108/18/101 82593122~r A 所以与方程组AB =0同解方程组为.⎩⎨⎧+=−=432431)8/11()8/5()8/1()8/1(x x x x x x 取(x 3,x 4)T =(8,0)T ,得(x 1,x 2)T =(1,5)T ;取(x 3,x 4)T =(0,8)T ,得(x 1,x 2)T =(−1,11)T .方程组AB =0的基础解系为ξ1=(1,5,8,0)T ,ξ2=(−1,11,0,8)T .因此所求矩阵为.⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−=800811511B 24.求一个齐次线性方程组,使它的基础解系为ξ1=(0,1,2,3)T ,ξ2=(3,2,1,0)T .解显然原方程组的通解为,即,(k 1,k 2∈R ),⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛=⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛01233210214321k k x x x x ⎪⎩⎪⎨⎧=+=+==14213212213223k x k k x k k x k x 消去k 1,k 2得,⎩⎨⎧=+−=+−023032431421x x x x x x 此即所求的齐次线性方程组.25.设四元齐次线性方程组I :,II :.⎩⎨⎧=−=+004221x x x x ⎩⎨⎧=+−=+−00432321x x x x x x 求:(1)方程I 与II 的基础解系;(2)I 与II 的公共解.解(1)由方程I 得.⎩⎨⎧=−=4241x x x x 取(x 3,x 4)T =(1,0)T ,得(x 1,x 2)T =(0,0)T ;取(x 3,x 4)T =(0,1)T ,得(x 1,x 2)T =(−1,1)T .因此方程I 的基础解系为ξ1=(0,0,1,0)T ,ξ2=(−1,1,0,1)T .由方程II 得.⎩⎨⎧−=−=43241x x x x x 取(x 3,x 4)T =(1,0)T ,得(x 1,x 2)T =(0,1)T ;取(x 3,x 4)T =(0,1)T ,得(x 1,x 2)T =(−1,−1)T .因此方程II 的基础解系为ξ1=(0,1,1,0)T ,ξ2=(−1,−1,0,1)T .(2)I 与II 的公共解就是方程III :⎪⎩⎪⎨⎧=+−=+−=−=+00004323214221x x x x x x x x x x 的解.因为方程组III 的系数矩阵,⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−=0000210010101001 1110011110100011~r A 所以与方程组III 同解的方程组为.⎪⎩⎪⎨⎧==−=4342412x x x x x x 取x 4=1,得(x 1,x 2,x 3)T =(−1,1,2)T ,方程组III 的基础解系为ξ=(−1,1,2,1)T .因此I 与II 的公共解为x =c (−1,1,2,1)T ,c ∈R .26.设n 阶矩阵A 满足A 2=A ,E 为n 阶单位矩阵,证明R (A )+R (A −E )=n .证明因为A (A −E )=A 2−A =A −A =0,所以R (A )+R (A −E )≤n .又R (A −E )=R (E −A ),可知R (A )+R (A −E )=R (A )+R (E −A )≥R (A +E −A )=R (E )=n ,由此R (A )+R (A −E )=n .27.设A 为n 阶矩阵(n ≥2),A *为A 的伴随阵,证明.⎪⎩⎪⎨⎧−≤−===2)( 01)( 1)( *)(n A R n A R n A R n A R 当当当证明当R (A )=n 时,|A |≠0,故有|AA *|=||A |E |=|A |≠0,|A *|≠0,所以R (A *)=n .当R (A )=n −1时,|A |=0,故有AA *=|A |E =0,即A *的列向量都是方程组A x =0的解.因为R (A )=n −1,所以方程组A x =0的基础解系中只含一个解向量,即基础解系的秩为1.因此R (A *)=1.当R (A )≤n −2时,A 中每个元素的代数余子式都为0,故A *=O ,从而R (A *)=0.28.求下列非齐次方程组的一个解及对应的齐次线性方程组的基础解系:(1);⎪⎩⎪⎨⎧=+++=+++=+3223512254321432121x x x x x x x x x x 解对增广矩阵进行初等行变换,有.⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=2100013011080101 322351211250011~r B 与所给方程组同解的方程为.⎪⎩⎪⎨⎧=+=−−=213 843231x x x x x 当x 3=0时,得所给方程组的一个解η=(−8,13,0,2)T .与对应的齐次方程组同解的方程为.⎪⎩⎪⎨⎧==−=043231x x x x x 当x 3=1时,得对应的齐次方程组的基础解系ξ=(−1,1,1,0)T .(2).⎪⎩⎪⎨⎧−=+++−=−++=−+−6242163511325432143214321x x x x x x x x x x x x 解对增广矩阵进行初等行变换,有.⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−−−=0000022/17/11012/17/901 6124211635113251~r B 与所给方程组同解的方程为.⎩⎨⎧−−=++−=2)2/1((1/7)1)2/1()7/9(432431x x x x x x 当x 3=x 4=0时,得所给方程组的一个解η=(1,−2,0,0)T .与对应的齐次方程组同解的方程为.⎩⎨⎧−=+−=432431)2/1((1/7))2/1()7/9(x x x x x x 分别取(x 3,x 4)T =(1,0)T ,(0,1)T ,得对应的齐次方程组的基础解系ξ1=(−9,1,7,0)T .ξ2=(1,−1,0,2)T .29.设四元非齐次线性方程组的系数矩阵的秩为3,已知η1,η2,η3是它的三个解向量.且η1=(2,3,4,5)T ,η2+η3=(1,2,3,4)T ,求该方程组的通解.解由于方程组中未知数的个数是4,系数矩阵的秩为3,所以对应的齐次线性方程组的基础解系含有一个向量,且由于η1,η2,η3均为方程组的解,由非齐次线性方程组解的结构性质得2η1−(η2+η3)=(η1−η2)+(η1−η3)=(3,4,5,6)T为其基础解系向量,故此方程组的通解:x =k (3,4,5,6)T +(2,3,4,5)T ,(k ∈R ).30.设有向量组A :a 1=(α,2,10)T ,a 2=(−2,1,5)T ,a 3=(−1,1,4)T ,及b =(1,β,−1)T ,问α,β为何值时(1)向量b 不能由向量组A 线性表示;(2)向量b 能由向量组A 线性表示,且表示式唯一;(3)向量b 能由向量组A 线性表示,且表示式不唯一,并求一般表示式.解.⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−=11054211121) , , ,(123βαb a a a ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+++−−−βαβαα34001110121 ~r (1)当α=−4,β≠0时,R (A )≠R (A ,b ),此时向量b 不能由向量组A 线性表示.(2)当α≠−4时,R (A )=R (A ,b )=3,此时向量组a 1,a 2,a 3线性无关,而向量组a 1,a 2,a 3,b 线性相关,故向量b 能由向量组A 线性表示,且表示式唯一.(3)当α=−4,β=0时,R (A )=R (A ,b )=2,此时向量b 能由向量组A 线性表示,且表示式不唯一.当α=−4,β=0时,,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−−=1105402111421) , , ,(123b a a a ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−000013101201 ~r 方程组(a 3,a 2,a 1)x =b 的解为,c ∈R .⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−+=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛c c c c x x x 1312011132321因此b =(2c +1)a 3+(−3c −1)a 2+c a 1,即b =c a 1+(−3c −1)a 2+(2c +1)a 3,c ∈R .31.设a =(a 1,a 2,a 3)T ,b =(b 1,b 2,b 3)T ,c =(c 1,c 2,c 3)T ,证明三直线l 1:a 1x +b 1y +c 1=0,l 2:a 2x +b 2y +c 2=0,(a i 2+b i 2≠0,i =1,2,3)l 3:a 3x +b 3y +c 3=0,相交于一点的充分必要条件为:向量组a ,b 线性无关,且向量组a ,b ,c 线性相关.证明三直线相交于一点的充分必要条件为方程组,即⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++000333222111c y b x a c y b x a c y b x a ⎪⎩⎪⎨⎧−=+−=+−=+333222111c y b x a c y b x a c y b x a 有唯一解.上述方程组可写为x a +y b =−c .因此三直线相交于一点的充分必要条件为c 能由a ,b 唯一线性表示,而c 能由a ,b 唯一线性表示的充分必要条件为向量组a ,b 线性无关,且向量组a ,b ,c 线性相关.32.设矩阵A =(a 1,a 2,a 3,a 4),其中a 2,a 3,a 4线性无关,a 1=2a 2−a 3.向量b =a 1+a 2+a 3+a 4,求方程A x =b 的通解.解由b =a 1+a 2+a 3+a 4知η=(1,1,1,1)T 是方程A x =b 的一个解.由a 1=2a 2−a 3得a 1−2a 2+a 3=0,知ξ=(1,−2,1,0)T 是A x =0的一个解.由a 2,a 3,a 4线性无关知R (A )=3,故方程A x =b 所对应的齐次方程A x =0的基础解系中含一个解向量.因此ξ=(1,−2,1,0)T 是方程A x =0的基础解系.方程A x =b 的通解为x =c (1,−2,1,0)T +(1,1,1,1)T ,c ∈R .33.设η*是非齐次线性方程组A x =b 的一个解,ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn −r ,是对应的齐次线性方程组的一个基础解系,证明:(1)η*,ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn −r 线性无关;(2)η*,η*+ξ1,η*+ξ2,⋅⋅⋅,η*+ξn −r 线性无关.证明(1)反证法,假设η*,ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r线性相关.因为ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn线性无关,而η*,ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r线性相关,所以η*−r可由ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r线性表示,且表示式是唯一的,这说明η*也是齐次线性方程组的解,矛盾.(2)显然向量组η*,η*+ξ1,η*+ξ2,⋅⋅⋅,η*+ξn−r与向量组η*,ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r可以相互表示,故这两个向量组等价,而由(1)知向量组η*,ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r线性无关,所以向量组η*,η*+ξ1,η*+ξ2,⋅⋅⋅,η*+ξn−r也线性无关.34.设η1,η2,⋅⋅⋅,ηs是非齐次线性方程组A x=b的s个解,k1, k2,⋅⋅⋅,k s为实数,满足k1+k2+⋅⋅⋅+k s=1.证明x=k1η1+k2η2+⋅⋅⋅+k sηs也是它的解.证明因为η1,η2,⋅⋅⋅,ηs都是方程组A x=b的解,所以Aηi=b(i=1,2,⋅⋅⋅,s),从而A(k1η1+k2η2+⋅⋅⋅+k sηs)=k1Aη1+k2Aη2+⋅⋅⋅+k s Aηs=(k1+k2+⋅⋅⋅+k s)b=b.因此x=k1η1+k2η2+⋅⋅⋅+k sηs也是方程的解.35.设非齐次线性方程组A x=b的系数矩阵的秩为r,η1,η2,⋅⋅⋅,ηn−r+1是它的n−r+1个线性无关的解.试证它的任一解可表示为x=k1η1+k2η2+⋅⋅⋅+k n−r+1ηn−r+1,(其中k1+k2+⋅⋅⋅+k n−r+1=1).证明因为η1,η2,⋅⋅⋅,ηn−r+1均为A x=b的解,所以ξ1=η2−η1,ξ2=η3−η1,⋅⋅⋅,ξn−r=ηn−r+1−η1均为A x=b的解.用反证法证:ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r线性无关.设它们线性相关,则存在不全为零的数λ1,λ2,⋅⋅⋅,λn−r,使得λ1ξ1+λ2ξ2+⋅⋅⋅+λn−rξn−r=0,即λ1(η2−η1)+λ2(η3−η1)+⋅⋅⋅+λn−r(ηn−r+1−η1)=0,亦即−(λ1+λ2+⋅⋅⋅+λn−r)η1+λ1η2+λ2η3+⋅⋅⋅+λn−rηn−r+1=0,由η1,η2,⋅⋅⋅,ηn−r+1线性无关知−(λ1+λ2+⋅⋅⋅+λn−r)=λ1=λ2=⋅⋅⋅=λn−r=0,矛盾.因此ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r线性无关.ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r为A x=b的一个基础解系.设x为A x=b的任意解,则x−η1为A x=0的解,故x−η1可由ξ1,ξ2,⋅⋅⋅,ξn−r线性表出,设x−η1=k2ξ1+k3ξ2+⋅⋅⋅+k n−r+1ξn−r=k2(η2−η1)+k3(η3−η1)+⋅⋅⋅+k n−r+1(ηn−r+1−η1),x=η1(1−k2−k3⋅⋅⋅−k n−r+1)+k2η2+k3η3+⋅⋅⋅+k n−r+1ηn−r+1.令k1=1−k2−k3⋅⋅⋅−k n−r+1,则k1+k2+k3⋅⋅⋅−k n−r+1=1,于是x=k1η1+k2η2+⋅⋅⋅+k n−r+1ηn−r+1.36.设V1={x=(x1,x2,⋅ ⋅ ⋅,x n)T|x1,⋅ ⋅ ⋅,x n∈R满足x1+x2+⋅ ⋅ ⋅ +x n=0}, V2={x=(x1,x2,⋅ ⋅ ⋅,x n)T|x1,⋅ ⋅ ⋅,x n∈R满足x1+x2+⋅ ⋅ ⋅ +x n=1},问V1,V2是不是向量空间？为什么？解V1是向量空间,因为任取α=(a1,a2,⋅ ⋅ ⋅,a n)T∈V1,β=(b1,b2,⋅ ⋅ ⋅,b n)T∈V1,λ∈∈R,有a1+a2+⋅ ⋅ ⋅ +a n=0,b1+b2+⋅ ⋅ ⋅ +b n=0,从而(a1+b1)+(a2+b2)+⋅ ⋅ ⋅ +(a n+b n)=(a1+a2+⋅ ⋅ ⋅ +a n)+(b1+b2+⋅ ⋅ ⋅ +b n)=0,λa1+λa2+⋅ ⋅ ⋅ +λa n=λ(a1+a2+⋅ ⋅ ⋅ +a n)=0,所以α+β=(a1+b1,a2+b2,⋅ ⋅ ⋅,a n+b n)T∈V1,λα=(λa1,λa2,⋅ ⋅ ⋅,λa n)T∈V1.V2不是向量空间,因为任取α=(a1,a2,⋅ ⋅ ⋅,a n)T∈V1,β=(b1,b2,⋅ ⋅ ⋅,b n)T∈V1,有a1+a2+⋅ ⋅ ⋅ +a n=1,b1+b2+⋅ ⋅ ⋅ +b n=1,从而(a1+b1)+(a2+b2)+⋅ ⋅ ⋅ +(a n+b n)=(a1+a2+⋅ ⋅ ⋅ +a n)+(b1+b2+⋅ ⋅ ⋅ +b n)=2,所以α+β=(a1+b1,a2+b2,⋅ ⋅ ⋅,a n+b n)T∉V1.37.试证:由a1=(0,1,1)T,a2=(1,0,1)T,a3=(1,1,0)T所生成的向量空间就是R 3.证明设A =(a 1,a 2,a 3),由,02011101110||≠−==A 知R (A )=3,故a 1,a 2,a 3线性无关,所以a 1,a 2,a 3是三维空间R 3的一组基,因此由a 1,a 2,a 3所生成的向量空间就是R 3.38.由a 1=(1,1,0,0)T ,a 2=(1,0,1,1)T 所生成的向量空间记作V 1,由b 1=(2,−1,3,3)T ,b 2=(0,1,−1,−1)T 所生成的向量空间记作V 2,试证V 1=V 2.证明设A =(a 1,a 2),B =(b 1,b 2).显然R (A )=R (B )=2,又由,⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−⎟⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎜⎝⎛−−−=0000000013100211 1310131011010211) ,(~r B A 知R (A ,B )=2,所以R (A )=R (B )=R (A ,B ),从而向量组a 1,a 2与向量组b 1,b 2等价.因为向量组a 1,a 2与向量组b 1,b 2等价,所以这两个向量组所生成的向量空间相同,即V 1=V 2.39.验证a 1=(1,−1,0)T ,a 2=(2,1,3)T ,a 3=(3,1,2)T 为R 3的一个基,并把v 1=(5,0,7)T ,v 2=(−9,−8,−13)T 用这个基线性表示.解设A =(a 1,a 2,a 3).由,06230111321|) , ,(|321≠−=−=a a a 知R (A )=3,故a 1,a 2,a 3线性无关,所以a 1,a 2,a 3为R 3的一个基.设x 1a 1+x 2a 2+x 3a 3=v 1,则,⎪⎩⎪⎨⎧=+=++−=++723053232321321x x x x x x x x 解之得x 1=2,x 2=3,x 3=−1,故线性表示为v 1=2a 1+3a 2−a 3.设x 1a 1+x 2a 2+x 3a 3=v 2,则,⎪⎩⎪⎨⎧−=+−=++−−=++1323893232321321x x x x x x x x 解之得x 1=3,x 2=−3,x 3=−2,故线性表示为v 2=3a 1−3a 2−2a 3.40.已知R 3的两个基为a 1=(1,1,1)T ,a 2=(1,0,−1)T ,a 3=(1,0,1)T ,b 1=(1,2,1)T ,b 2=(2,3,4)T ,b 3=(3,4,3)T .求由基a 1,a 2,a 3到基b 1,b 2,b 3的过渡矩阵P .解设e 1,e 2,e 3是三维单位坐标向量组,则,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=111001111) , ,() , ,(321321e e e a a a,1321321111001111) , ,() , ,(−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=a a a e e e 于是⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=341432321) , ,() , ,(321321e e e b b b ,⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−341432321111001111) , ,(1321a a a 由基a 1,a 2,a 3到基b 1,b 2,b 3的过渡矩阵为.⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=−1010104323414323211110011111P。

第四章 向量组的线性相关性1．设T T T v v v )0,4,3(,)1,1,0(,)0,1,1(321===, 求21v v −及32123v v v −+.解 21v v −T T )1,1,0()0,1,1(−=T )10,11,01(−−−=T )1,0,1(−=32123v v v −+T T T )0,4,3()1,1,0(2)0,1,1(3−+=T )01203,41213,30213(−×+×−×+×−×+×= T )2,1,0(=2．设)(5)(2)(3321a a a a a a +=++−其中T a )3,1,5,2(1=, T a )10,5,1,10(2=,T a )1,1,1,4(3−=,求a解 由)(5)(2)(3321a a a a a a +=++−整理得)523(61321a a a a −+=])1,1,1,4(5)10,5,1,10(2)3,1,5,2(3[61T T T −−+=T )4,3,2,1(=3．举例说明下列各命题是错误的:(1)若向量组m a a a ,,,21L 是线性相关的,则1a 可由,,2m a a L 线性表示. (2)若有不全为0的数m λλλ,,,21L 使 01111=+++++m m m m b b a a λλλλL L成立,则m a a ,,1L 线性相关, m b b ,,1L 亦线性相关. (3)若只有当m λλλ,,,21L 全为0时,等式 01111=+++++m m m m b b a a λλλλL L才能成立,则m a a ,,1L 线性无关, m b b ,,1L 亦线性无关.(4)若m a a ,,1L 线性相关, m b b ,,1L 亦线性相关,则有不全为0的数, m λλλ,,,21L 使0,01111=++=++m m m m b b a a λλλλL L 同时成立.解 (1) 设)0,,0,0,1(11L ==e a 032====m a a a L满足m a a a ,,,21L 线性相关,但1a 不能由,,,2m a a L 线性表示.(2) 有不全为零的数m λλλ,,,21L 使01111=+++++m m m m b b a a λλλλL L 原式可化为0)()(111=++++m m m b a b a λλL取m m m b e a b e a b e a −==−==−==,,,222111L 其中m e e ,,1L 为单位向量,则上式成立,而m a a ,,1L ,m b b ,,1L 均线性相关(3) 由01111=+++++m m m m b b a a λλλλL L (仅当01===m λλL ) m m b a b a b a +++⇒,,,2211L 线性无关 取021====m a a a L 取m b b ,,1L 为线性无关组满足以上条件,但不能说是m a a a ,,,21L 线性无关的.(4) T a )0,1(1= T a )0,2(2= T b )3,0(1= T b )4,0(2=−=⇒=+−=⇒=+21221121221143020λλλλλλλλb b a a 021==⇒λλ与题设矛盾.4．设144433322211,,,a a b a a b a a b a a b +=+=+=+=,证明向量组 4321,,,b b b b 线性相关.证明 设有4321,,,x x x x 使得 044332211=+++b x b x b x b x 则0)()()()(144433322211=+++++++a a x a a x a a x a a x 0)()()()(443332221141=+++++++a x x a x x a x x a x x(1) 若4321,,,a a a a 线性相关,则存在不全为零的数4321,,,k k k k , 411x x k +=;212x x k +=;323x x k +=;434x x k +=;由4321,,,k k k k 不全为零,知4321,,,x x x x 不全为零,即4321,,,b b b b 线性相 关.(2) 若4321,,,a a a a 线性无关,则 =+=+=+=+000043322141x x x x x x x x 011000110001110014321=⇒x x x x 由01100011000111001=知此齐次方程存在非零解 则4321,,,b b b b 线性相关. 综合得证.5．设r r a a a b a a b a b +++=+==L L 2121211,,,,且向量组 r a a a ,,,21L 线性无关,证明向量组r b b b ,,,21L 线性无关. 证明 设02211=+++r r b k b k b k L 则++++++++++p r p r r a k k a k k a k k )()()(2211L L L L 0=+r r a k L 因向量组r a a a ,,,21L 线性无关,故==++=+++000221r r r k k k k k k L L L L L L L L ⇔= 0001001101121M M L M L L M L L L r k k k 因为0110011011≠=L M L L M L L L 故方程组只有零解则021====r k k k L 所以r b b b ,,,21L 线性无关6．利用初等行变换求下列矩阵的列向量组的一个最大无关组:(1) 4820322513454947513253947543173125; (2) −−−140113130********211.解 (1) 482032251345494751325394754317312514131233~r r r r r r −−−53105310321043173125 2334~r r r r −−00003100321043173125 所以第1、2、3列构成一个最大无关组.(2)−−−1401131302151201221114132~r r rr −−−−−−−−222001512015120122114323~r r r r ↔+−−−00000222001512012211， 所以第1、2、3列构成一个最大无关组．7．求下列向量组的秩,并求一个最大无关组:(1) −=41211a , =41010092a ,−−−=82423a ; (2) )3,1,2,1(1=T a ,)6,5,1,4(2−−−=T a ,)7,4,3,1(3−−−=Ta . 解 (1) 3131,2a a a a ⇒=−线性相关.由−−−−= 824241010094121321T T T a a a −−000032198204121~ 秩为2,一组最大线性无关组为21,a a .(2)−−−−−−= 743165143121321T T T a a a−−−−−−10550189903121~−−−0000189903121~ 秩为2,最大线性无关组为TT a a 21,. 8．设n a a a ,,,21L 是一组n 维向量,已知n 维单位坐标向量n e e e ,,,21L 能 由它们线性表示,证明n a a a ,,,21L 线性无关. 证明 n 维单位向量n e e e ,,,21L 线性无关不妨设:nnn n n n nn nn a k a k a k e a k a k a k e a k a k a k e +++=+++=+++=L LL L L L L L L L L L L L L 22112222121212121111所以=T n T T nn n n n n T n T T a a a k k k k k k k k k e e e M L L L L L L L M 2121222211121121 两边取行列式，得Tn TTnn n n n n T n T T a a a k k k k k k k k k e e e M L L L L L L L M 2121222211121121=由002121≠⇒≠T nT TT nT T a a a e e e MM即n 维向量组n a a a ,,,21L 所构成矩阵的秩为n 故n a a a ,,,21L 线性无关.9．设n a a a ,,,21L 是一组n 维向量,证明它们线性无关的充分必要条件 是：任一n 维向量都可由它们线性表示.证明 设n εεε,,,21L 为一组n 维单位向量，对于任意n 维向量 T n k k k a ),,,(21L =则有n n k k k a εεε+++=L 2211即任一n 维向量都 可由单位向量线性表示. 必要性⇒n a a a ,,,21L 线性无关，且n a a a ,,,21L 能由单位向量线性表示，即 nnn n n n nn nn k k k k k k k k k εεεαεεεαεεεα+++=+++=+++=L LL L L L L L L L L L L L L 22112222121212121111故= n T T T nn n n n n T n T Tk k kk k k k k k a a a εεεM L L L LL L L M 2121222211121121两边取行列式，得Tn TTnn n n n n T nT T k k k k k k k k k a a a εεεML L LL L L L M2121222211121121=由0021222211121121≠⇒≠nnn n n n T nT T k k k k k k k k k a a a L LLLL L L M令=×nn n n n n n n k k k k k k k k k A L LL L L L L 212222111211则 由= ⇒ = −T n T T T n T T T n T T T n T T a a a A A a a a εεεεεεM M M M 212112121 即n εεε,,,21L 都能由n a a a ,,,21L 线性表示，因为任一n 维向量能由单 位向量线性表示，故任一n 维向量都可以由n a a a ,,,21L 线性表示. 充分性⇐已知任一n 维向量都可由n a a a ,,,21L 线性表示，则单位向量组：n εεε,,,21L 可由n a a a ,,,21L 线性表示，由8题知n a a a ,,,21L 线性无关.10．设向量组A :s a a a ,,,21L 的秩为1r ,向量组B :t b b b ,,,21L 的秩2r 向量组C : r s b b b a a a ,,,,,,,2121L L 的秩3r ,证明 21321},max{r r r r r +≤≤证明 设C B A ,,的最大线性无关组分别为C B A ′′′,,,含有的向量个数 (秩)分别为221,,r r r ,则C B A ,,分别与C B A ′′′,,等价,易知B A ,均可由C 线性表示,则秩(C )≥秩(A ),秩(C )≥秩(B )，即321},max{r r r ≤设A ′与B ′中的向量共同构成向量组D ,则B A ,均可由D 线性表示,即C 可由D 线性表示,从而C ′可由D 线性表示，所以秩(C ′)≥秩(D ), D 为21r r +阶矩阵，所以秩(D )21r r +≤即213r r r +≤.11.证明()()()B R A R B A R +≤+.证明:设T n a a a A ),,,(21L = T n b b b B ),,,(21L =且B A ,行向量组的最大无关组分别为T r TT ααα,,,21L T s T T βββ,,,21L 显然,存在矩阵B A ′′,,使得 ′= T s T T T n T T A a a a αααM M 2121,′= T s T T T n T T B b b b βββM M 2121+++=+∴T n T n T T TT b a b a b a B A M 2211′+ ′=T s T T T s T T B A βββαααM M 2121 因此 ()()()B R A R B A R +≤+12．设向量组:B r b b ,,1L 能由向量组:A s a a ,,1L 线性表示为K a a b b s r ),,(),,(11L L =，其中K 为r s ×矩阵，且A 组线性无关。

线性代数答案解答第一章 行列式1.利用对角线法则计算下列三阶行列式：（1）381141102---； （2）ba c a cbc b a （3）222111c b a c b a； （4）yxyx x y x y y x yx +++. 解 （1）=---381141102811)1()1(03)4(2⨯⨯+-⨯-⨯+⨯-⨯)1()4(18)1(2310-⨯-⨯-⨯-⨯-⨯⨯- =416824-++- =4-（2）=ba c a cb cb a ccc aaa bbb cba bac acb ---++3333c b a abc ---=（3）=222111c b a c b a 222222cb ba ac ab ca bc ---++))()((a c c b b a ---=（4）y x y x x y x yyx y x +++ yx y x y x yx y y x x )()()(+++++=333)(x y x y -+-- 33322333)(3x y x x y y x y y x xy ------+= )(233y x +-=2.按自然数从小到大为标准次序，求下列各排列的逆序数：（1）1 2 3 4； （2）4 1 3 2； （3）3 4 2 1； （4）2 4 1 3； （5）1 3 … )12(-n 2 4 … )2(n ；（6）1 3 … )12(-n )2(n )22(-n … 2. 解（1）逆序数为0（2）逆序数为4：4 1，4 3，4 2，3 2（3）逆序数为5：3 2，3 1，4 2，4 1,2 1 （4）逆序数为3：2 1，4 1，4 3（5）逆序数为2)1(-n n ：3 2 1个 5 2，54 2个 7 2，7 4，7 6 3个 ……………… … )12(-n 2，)12(-n 4，)12(-n 6，…，)12(-n )22(-n)1(-n 个（6）逆序数为)1(-n n3 2 1个 5 2，54 2个 ……………… … )12(-n 2，)12(-n 4，)12(-n 6，…，)12(-n )22(-n)1(-n 个4 2 1个 6 2，6 4 2个 ……………… … )2(n 2，)2(n 4，)2(n 6，…，)2(n )22(-n )1(-n 个3.写出四阶行列式中含有因子2311a a 的项. 解 由定义知，四阶行列式的一般项为43214321)1(p p p p t a a a a -，其中t 为4321p p p p 的逆序数．由于3,121==p p 已固定，4321p p p p 只能形如13□□，即1324或1342.对应的t 分别为10100=+++或22000=+++∴44322311a a a a -和42342311a a a a 为所求.4.计算下列各行列式：（1）⎥⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎢⎣⎢71100251020214214； （2）⎥⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎢⎣⎢-2605232112131412；（3）⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎣⎢---ef cf bf de cdbd ae ac ab ； （4）⎥⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎢⎣⎢---d cb a100110011001 解(1)7110025102021421434327c c c c --0100142310202110214---=34)1(143102211014+-⨯--- =143102211014--321132c c c c ++1417172001099-=0(2)2605232112131412-24c c -260532122130412-24r r -0412032122130412-14r r -000032122130412-=0(3)ef cf bf de cdbd ae ac ab ---=ec b e c b ec b adf --- =111111111---adfbce =abcdef 4(4)d cb a 10110011001---21ar r +d cb a ab 10011011010---+=12)1)(1(+--d c a ab 101101--+ 23dc c +010111-+-+cd c ada ab =23)1)(1(+--cdad ab +-+111=1++++ad cd ab abcd5.证明:(1)1112222b b a a b ab a +=3)(b a -;(2)bz ay by ax bx az by ax bx az bz ay bx az bz ay by ax +++++++++=yxzx z yz yx b a )(33+; (3)0)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(2222222222222222=++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a ; (4)444422221111d c b a d c b a d c b a ))()()()((d b c b d a c a b a -----=))((d c b a d c +++-⋅; (5)1221100000100001a x a a a a x x x n n n +-----n n n n a x a x a x ++++=--111 . 证明(1)00122222221312a b a b a a b a ab a c c c c ------=左边a b ab a b a ab 22)1(22213-----=+21))((ab a a b a b +--=右边=-=3)(b a(2)bz ay by ax z by ax bx az y bx az bz ay x a ++++++分开按第一列左边bzay by ax x by ax bx az z bxaz bz ay y b +++++++ ++++++002y by ax z x bx az y z bz ay x a 分别再分bzay y x by ax x z bxaz z yb +++ zy x y x z x z y b y x z x z y z y xa 33+分别再分 右边=-+=233)1(yxz x z y zy x b y xzx z yz y x a (3) 2222222222222222)3()2()12()3()2()12()3()2()12()3()2()12(++++++++++++++++=d d d d d c c c c c b b b b b a a a a a 左边 9644129644129644129644122222141312++++++++++++---d d d d c c c c b b b b a a a a c c c c c c 964496449644964422222++++++++d d d d c c c cb b b b a a a a 分成二项按第二列964419644196441964412222+++++++++d d d c c c b b b a a a 949494949464222224232423d d c c b b a a c c c c c c c c ----第二项第一项06416416416412222=+dd d c c c bb b a a a(4) 444444422222220001a d a c ab a ad ac ab aa d a c ab a ---------=左边=)()()(222222222222222a d d a c c a b b a d a c a b ad a c a b --------- =)()()(111))()((222a d d a c c a b b a d a c ab a d ac a b ++++++--- =⨯---))()((ad a c a b)()()()()(00122222a b b a d d a b b a c c a b b bd b c a b +-++-++--+ =⨯-----))()()()((b d b c a d a c a b)()()()(112222b d a b bd d b c a b bc c ++++++++ =))()()()((d b c b d a c a b a -----))((d c b a d c +++-(5) 用数学归纳法证明.,1,2212122命题成立时当a x a x a x a x D n ++=+-==假设对于)1(-n 阶行列式命题成立，即 ,122111-----++++=n n n n n a x a x a x D:1列展开按第则n D1110010001)1(11----+=+-xx a xD D n n n n右边=+=-n n a xD 1所以，对于n 阶行列式命题成立.6.设n 阶行列式)det(ij a D =,把D 上下翻转、或逆时针旋转 90、或依 副对角线翻转，依次得n nnn a a a a D 11111=， 11112n nn n a a a a D = ，11113a a a a D n nnn =，证明D D D D D n n =-==-32)1(21,)1(. 证明 )det(ij a D =nnn n n n nnnn a a a a a a a a a a D 2211111111111)1(--==∴=--=--nnn n nnn n a a a a a a a a 331122111121)1()1( nn n nn n a a a a 111121)1()1()1(---=--D D n n n n 2)1()1()2(21)1()1(--+-+++-=-=同理可证nn n n n n a a a a D 11112)1(2)1(--=D D n n T n n 2)1(2)1()1()1(---=-=D D D D D n n n n n n n n =-=--=-=----)1(2)1(2)1(22)1(3)1()1()1()1(7.计算下列各行列式（阶行列式为k D k ）：(1)aaD n 11=,其中对角线上元素都是a ，未写出的元素都是0；(2)xa a ax a aa x D n =;(3) 1111)()1()()1(1111n a a a n a a a n a a a D n n n nnnn ------=---+; 提示：利用范德蒙德行列式的结果．(4) nnnnn d c d c b a b a D000011112=;(5)j i a a D ij ij n -==其中),det(;(6)nn a a a D +++=11111111121,021≠n a a a 其中.解(1) aa a a a D n 00010000000000001000 =按最后一行展开)1()1(100000000000010000)1(-⨯-+-n n n a a a)1)(1(2)1(--⋅-+n n n a a a (再按第一行展开)n n n nn a a a+-⋅-=--+)2)(2(1)1()1(2--=n n a a )1(22-=-a a n(2)将第一行乘)1(-分别加到其余各行，得ax xa a x xa a x x a a a a x D n ------=00000再将各列都加到第一列上，得ax a x a x a a a an x D n ----+=0000000)1()(])1([1a x a n x n --+=-(3)从第1+n 行开始，第1+n 行经过n 次相邻对换，换到第1行，第n 行经)1(-n 次对换换到第2行…，经2)1(1)1(+=++-+n n n n 次行 交换，得nn nn n n n n n n a a a n a a a n a a a D )()1()()1(1111)1(1112)1(1-------=---++此行列式为范德蒙德行列式∏≥>≥++++--+--=112)1(1)]1()1[()1(j i n n n n j a i a D∏∏≥>≥+++-++≥>≥++-∙-∙-=---=1121)1(2)1(112)1()][()1()1()]([)1(j i n n n n n j i n n n j i j i∏≥>≥+-=11)(j i n j i(4) nnnnn d c d c b a b a D 011112=n n n n n nd d c d c b a b a a 00000011111111----展开按第一行00000)1(1111111112c d c d c b a b a b nn n n n nn ----+-+2222---n n n n n n D c b D d a 都按最后一行展开 由此得递推公式：222)(--=n n n n n n D c b d a D 即 ∏=-=ni i i i i n D c b d a D 222)(而 111111112c b d a d c b a D -==得 ∏=-=ni i i i i n c b d a D 12)((5)j i a ij -=0432140123310122210113210)det( --------==n n n n n n n n a D ij n,3221r r r r --0432111111111111111111111--------------n n n n ,,141312c c c c c c +++15242321022210022*******0001---------------n n n n n =212)1()1(----n n n(6)n n a a a D +++=11111111121,,433221c c c c c c ---nn n n a a a a a a a a a a +-------10000100010000100010001000011433221展开（由下往上）按最后一列))(1(121-+n n a a a a nn n a a a a a a a a a --------0000000000000000000000022433221n n n a a a a a a a a ----+--000000000000000001133221++nn n a a a a a a a a -------000000000000000001143322n n n n n n a a a a a a a a a a a a 322321121))(1(++++=---)11)((121∑+==n i in a a a a8.用克莱姆法则解下列方程组：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++-=----=+-+=+++;01123,2532,242,5)1(4321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=++=++=++=+.15,065,065,065,165)2(5454343232121x x x x x x x x x x x x x解 (1)11213513241211111----=D 8120735032101111------=145008130032101111---=14214205410032101111-=---=112105132412211151------=D 11210513290501115----=112123313090509151------=233130905112109151------=1202300461000112109151-----=14238100112109151----=142-=112035122412111512-----=D 811507312032701151-------=31390011230023101151-=28428401910023101151-=----=42611135232422115113-=----=D14202132132212151114=-----=D1,3,2,144332211-========∴DD x DD x DD x DD x (2)5100065100065100065100065=D 展开按最后一行61000510065100655-'D D D ''-'=65 D D D ''-'''-''=6)65(5D D '''-''=3019 D D ''''-'''=1146566551141965=⨯-⨯=(,11的余子式中为行列式a D D ',11的余子式中为a D D ''''类推D D ''''''',)51001651000651000650000611=D 展开按第一列6510065100650006+'D 46+'=D 460319+''''-'''=D 1507= 51010651000650000601000152=D 展开按第二列5100651006500061-6510065000610005-365510651065⨯-=1145108065-=--=51100650000601000051001653=D 展开按第三列51006500061000516500061000510065+6100510656510650061+=703114619=⨯+= 51000601000051000651010654=D 展开按第四列61000510065100655000610005100651-- 51065106565--=395-=11000051000651000651100655=D 展开按最后一列D '+10005100651006512122111=+=665212;665395;665703;6651145;665150744321=-==-==∴x x x x x ． 9.齐次线性方程组取何值时问,,μλ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++0200321321321x x x x x x x x x μμλ有非零解？解 μλμμμλ-==12111113D ， 齐次线性方程组有非零解，则03=D 即 0=-μλμ得 10==λμ或不难验证，当,10时或==λμ该齐次线性方程组确有非零解.10.齐次线性方程组取何值时问,λ⎪⎩⎪⎨⎧=-++=+-+=+--0)1(0)3(2042)1(321321321x x x x x x x x x λλλ有非零解？ 解λλλ----=111132421D λλλλ--+--=101112431 )3)(1(2)1(4)3()1(3λλλλλ-------+-= 3)1(2)1(23-+-+-=λλλ齐次线性方程组有非零解，则0=D 得 32,0===λλλ或不难验证，当32,0===λλλ或时，该齐次线性方程组确有非零解.第二章 矩阵及其运算1．已知线性变换： ⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=,323,53,22321332123211y y y x y y y x y y y x 求从变量321,,x x x 到变量321,,y y y 的线性变换．解由已知：⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321323513122y y y x x x故 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3211221323513122x x x y y y ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=321423736947y y y⎪⎩⎪⎨⎧-+=-+=+--=321332123211423736947xx x y x x x y x x x y2．已知两个线性变换 ⎪⎩⎪⎨⎧++=++-=+=,54,232,232133212311y y y x y y y x y y x ⎪⎩⎪⎨⎧+-=+=+-=,3,2,3323312211z z y z z y z z y 求从321,,z z z 到321,,x x x 的线性变换． 解 由已知⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321514232102y y y x x x ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=321310102013514232102z z z ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=321161109412316z z z 所以有 ⎪⎩⎪⎨⎧+--=+-=++-=3213321232111610941236zz z x z z z x z z z x3．设⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=111111111A , ,150421321⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=B求.23B A A AB T 及- 解A AB 23-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1504213211111111113⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---1111111112⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0926508503⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---1111111112⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=22942017222132 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=150421321111111111B A T⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0926508504．计算下列乘积：(1)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134; (2)()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1233,2,1; (3)()2,1312-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛; (4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412; (5)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321332313232212*********),,(x x x a a a a a a a a a x x x ;(6)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛30003200121013013000120010100121. 解 (1)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯⨯+⨯-+⨯⨯+⨯+⨯=102775132)2(71112374⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=49635(2)()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛123321)10()132231(=⨯+⨯+⨯=(3)()21312-⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯-⨯⨯-⨯=23)1(321)1(122)1(2⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=632142(4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=6520876 (5)()⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛321332313232212131211321x x x a a a a a a a a a x x x()333223113323222112313212111x a x a x a x a x a x a x a x a x a ++++++=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯321x x x 322331132112233322222111222x x a x x a x x a x a x a x a +++++=(6) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛30003200121013013000120010100121⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=90003400421025215．设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=3121A , ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=2101B ，问：(1)BA AB =吗?(2)2222)(B AB A B A ++=+吗? (3)22))((B A B A B A -=-+吗? 解(1)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=3121A , ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2101B 则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=6443AB ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=8321BA BA AB ≠∴(2) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+52225222)(2B A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2914148但=++222B AB A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛43011288611483⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=27151610故2222)(B AB A B A ++≠+(3) =-+))((B A B A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10205222⎪⎪⎭⎫⎝⎛9060而 =-22B A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛430111483⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛7182故 22))((B A B A B A -≠-+6．举反列说明下列命题是错误的: （１）若02=A ,则0=A ;（２）若A A =2,则0=A 或E A =; （３）若AY AX =,且0≠A ,则Y X =.解 (1) 取⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0010A 02=A ,但0≠A (2) 取⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0011A A A =2,但0≠A 且E A ≠ (3) 取⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0001A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1111X ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=1011YAY AX =且0≠A 但Y X ≠7．设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=101λA ,求kA A A ,,,32 . 解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=12011011012λλλA⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==130********23λλλA A A 利用数学归纳法证明: ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=101λk A k当1=k 时,显然成立,假设k 时成立,则1+k 时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==1)1(01101101λλλk k A A A kk由数学归纳法原理知:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=101λk A k8．设⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλλ001001A ,求k A .解 首先观察⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλλλλλ0010010010012A ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=22202012λλλλλ ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⋅=3232323003033λλλλλλA A A由此推测 ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=---k k k k k k k k k k k A λλλλλλ0002)1(121)2(≥k用数学归纳法证明:当2=k 时,显然成立.假设k 时成立，则1+k 时，⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⋅=---+λλλλλλλλλ0010010002)1(1211k k k k k kkk k k k k A A A⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=+-+--+11111100)1(02)1()1(k k k k k k k k k k λλλλλλ由数学归纳法原理知: ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=---k k k k k k k k k k k A λλλλλλ0002)1(1219．设B A ,为n 阶矩阵，且A 为对称矩阵，证明AB B T 也是对称矩阵. 证明 已知：A A T =则 AB B B A B A B B AB B T T T T TT T T ===)()( 从而 AB B T 也是对称矩阵.10．设B A ,都是n 阶对称矩阵，证明AB 是对称矩阵的充分必要条件是 BA AB =.证明 由已知：A A T = B B T =充分性：BA AB =⇒A B AB T T =⇒)(AB AB T= 即AB 是对称矩阵.必要性：AB AB T=)(⇒AB A B T T =⇒AB BA =.11．求下列矩阵的逆矩阵：(1)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛5221； (2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛-θθθθcos sin sin cos ； (3)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---145243121; (4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛4121031200210001; (5)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛2500380000120025;(6)⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛n a a a 0021)0(21≠a a a n解(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛=5221A 1=A1),1(2),1(2,522122111=-⨯=-⨯==A A A A⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=*122522122111A A A A A *-=A A A 11 故 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-12251A(2)01≠=A 故1-A 存在θθθθcos sin sin cos 22122111=-===A A A A从而 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-θθθθcos sin sin cos 1A(3) 2=A , 故1-A 存在024312111==-=A A A 而 1613322212-==-=A A A 21432332313-==-=A A A故 *-=A A A 11⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=1716213213012 (4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=4121031200210001A 24=A 0434232413121======A A A A A A 68122444332211====A A A A12411032001)1(312-=-=A 12421012021)1(413-=-=A3121312021)1(514=-=A 4421012001)1(523-=-=A5121312001)1(624-=-=A 2121021001)1(734-=-=A*-=A AA 11 故⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=-4112124581031612100212100011A (5)01≠=A 故1-A 存在而002141312111==-==A A A A 005242322212===-=A A A A 320043332313-====A A A A850044342414=-===A A A A从而⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=-85003200005200211A (6)⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n a a a A 0021 由对角矩阵的性质知 ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-n a a a A 1001121112．解下列矩阵方程：(1) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛12643152X ; (2) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--234311111012112X ;(3) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-101311022141X ; (4) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛021102341010100001100001010X .解(1) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-126431521X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=12642153⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=80232 (2) 1111012112234311-⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=03323210123431131 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=32538122 (3) 11110210132141--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=210110131142121 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21010366121⎪⎪⎭⎫⎝⎛=04111 (4) 11010100001021102341100001010--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=X⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=010100001021102341100001010⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=20143101213．利用逆矩阵解下列线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++;353,2522,132321321321x x x x x x x x x (2)⎪⎩⎪⎨⎧=-+=--=--.0523,132,2321321321x x x x x x x x x 解 (1) 方程组可表示为 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛321153522321321x x x故 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0013211535223211321x x x从而有 ⎪⎩⎪⎨⎧===001321x x x(2) 方程组可表示为 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----012523312111321x x x故 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3050125233121111321x x x故有 ⎪⎩⎪⎨⎧===305321x x x14．设O A k =(k 为正整数),证明 121)(--++++=-k A A A E A E .证明 一方面， )()(1A E A E E --=- 另一方面，由O A k =有)()()(1122k k k A A A A A A A E E -+--+-+-=-- ))((12A E A A A E k -++++=-故 )()(1A E A E ---))((12A E A A A E k -++++=- 两端同时右乘1)(--A E就有121)(--++++=-k A A A E A E15．设方阵A 满足O E A A =--22,证明A 及E A 2+都可逆,并求1-A 及 1)2(-+E A .证明 由O E A A =--22得E A A 22=- 两端同时取行列式: 22=-A A 即 2=-E A A ,故 0≠A 所以A 可逆,而22A E A =+0222≠==+A A E A 故E A 2+也可逆. 由O E A A =--22E E A A 2)(=-⇒E A E A A A 112)(--=-⇒)(211E A A -=⇒-又由O E A A =--22E E A A E A 4)2(3)2(-=+-+⇒ E E A E A 4)3)(2(-=-+⇒11)2(4)3)(2()2(--+-=-++∴E A E A E A E A)3(41)2(1A E E A -=+∴-16．设⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=321011330A ,B A AB 2+=,求B .解 由B A AB 2+=可得A B E A =-)2(故A E A B 1)2(--=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-3210113301210113321⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=01132133017．设Λ=-AP P 1,其中⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1141P ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Λ2001,求11A . 解 Λ=-AP P 1故1-Λ=P P A 所以11111-Λ=P P A3=P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=*1141P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-1141311P而 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Λ11111120012001故⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=31313431200111411111A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=6846832732273118．设m 次多项式m m x a x a x a a x f ++++= 2210)(,记m m A a A a A a E a A f ++++= 2210)()(A f 称为方阵A 的m 次多项式.(1)设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Λ2100λλ,证明: ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Λk kk2100λλ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Λ)(00)()(21λλf f f ; (2)设1-Λ=P P A ,证明: 1-Λ=P P A k k ,1)()(-Λ=P Pf A f .证明(1) i)利用数学归纳法.当2=k 时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Λ212120000λλλλ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=222100λλ命题成立,假设k 时成立,则1+k 时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ΛΛ=Λ+212110000λλλλk k kk ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=++121100k k λλ 故命题成立.ii)左边m m a a a E a f Λ++Λ+Λ+=Λ= 2210)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫⎝⎛=m m m a a a 21211000001001λλλλ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++++++++=m m mm a a a a a a a a 2222210121211000λλλλλλ ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=)(00)(21λλf f =右边 (2) i) 利用数学归纳法.当2=k 时12112---Λ=ΛΛ=P P P P P P A 成立假设k 时成立,则1+k 时11111-+--+Λ=ΛΛ=⋅=P P P P P P A A A k k k k 成立,故命题成立, 即 1-Λ=P P A k kii) 证明 右边1)(-Λ=P Pf12210)(-Λ++Λ+Λ+=P a a a E a P m m11221110----Λ++Λ+Λ+=P P a P P a P P a PEP a m m m m A a A a A a E a ++++= 2210)(A f ==左边19．设n 阶矩阵A 的伴随矩阵为*A ，证明： (1) 若0=A ,则0=*A ; (2) 1-*=n AA .证明(1) 用反证法证明．假设0≠*A 则有E A A =-**1)( 由此得O A E A A AA A ===-*-**11)()(O A =∴* 这与0≠*A 矛盾，故当0=A 时 有0=*A (2) 由于*-=A AA 11, 则E A AA =* 取行列式得到: nA A A =*若0≠A 则1-*=n A A若0=A 由(1)知0=*A 此时命题也成立故有1-*=n A A20．取⎪⎪⎭⎫⎝⎛==-==1001D C B A ,验证DC B AD C B A ≠检验: =D C BA =--10100101101001011010*********002--410012002==而 01111==D C B A故 DCB A DCB A ≠21．设⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22023443O O A ,求8A 及4A 解 ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=22023443O O A ，令⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=34431A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=22022A 则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21A O O A A故8218⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=A OO A A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=8281A O O A 1682818281810===A A A A A⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=464444241422025005O O A OO A A22．设n 阶矩阵A 及s 阶矩阵B 都可逆,求1-⎪⎪⎭⎫⎝⎛O B A O ．解 将1-⎪⎪⎭⎫⎝⎛O B A O 分块为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛4321C C C C其中 1C 为n s ⨯矩阵, 2C 为s s ⨯矩阵3C 为n n ⨯矩阵, 4C 为s n ⨯矩阵 则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯O B A O s s n n ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛4321C C C C ==E ⎪⎪⎭⎫⎝⎛s n E O O E 由此得到⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⇒==⇒==⇒==⇒=----122111144133)()(B C E BC B O C O BC A O C O AC A C E AC s n 存在存在 故 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛---O A B O O B A O 111．第三章 矩阵的初等变换与线性方程组1．把下列矩阵化为行最简形矩阵：(1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--340313021201; (2) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----174034301320;(3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------12433023221453334311; (4) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------34732038234202173132.解 (1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--3403130212011312)3()2(~r r r r -+-+⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---020*********)2()1(32~-÷-÷r r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--01003100120123~r r -⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--30003100120133~÷r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--100031001201323~r r +⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-1000010012013121)2(~r r r r +-+⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001000001(2) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----1740343013201312)2()3(2~r r r r -+-+⨯⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---310031001320 21233~r r r r ++⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛000031001002021~÷r ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛000031005010 (3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------12433023221453334311141312323~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------1010500663008840034311 )5()3()4(432~-÷-÷-÷r r r ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----221002210022100343112423213~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---00000000002210032011(4) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------34732038234202173132 242321232~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----1187701298804202111110 141312782~r r r r r r --+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--4100041000202011111034221)1(~r r r r r --⨯↔⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----0000041000111102021 32~r r +⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000004100030110202012．在秩是r 的矩阵中,有没有等于0的1-r 阶子式?有没有等于0的r 阶 子式?解 在秩是r 的矩阵中,可能存在等于0的1-r 阶子式,也可能存在等 于0的r 阶子式.例如，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=00000000010000100001α3)(=αR 同时存在等于0的3阶子式和2阶子式.3．从矩阵A 中划去一行得到矩阵B ,问B A ,的秩的关系怎样? 解 )(A R ≥)(B R设r B R =)(，且B 的某个r 阶子式0≠D r .矩阵B 是由矩阵A 划去一行得 到的，所以在A 中能找到与D r 相同的r 阶子式D r ，由于0≠=D D r r ， 故而)()(B R A R ≥.4．求作一个秩是4的方阵,它的两个行向量是)0,0,1,0,1(,)0,0,0,1,1(- 解 设54321,,,,ααααα为五维向量,且)0,0,1,0,1(1=α,)0,0,0,1,1(2-=α,则所求方阵可为,54321⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αααααA 秩为4,不妨设⎪⎩⎪⎨⎧===)0,0,0,0,0(),0,0,0,0()0,,0,0,0(55443αααx x 取154==x x 故满足条件的一个方阵为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-00000100000100000011001015．求下列矩阵的秩,并求一个最高阶非零子式：(1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443112112013; (2) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073131213123； (3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---02301085235703273812.解 (1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443112112013r r 21~↔⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443120131211 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------564056401211~12133r r r r 2000056401211~23秩为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----r r 二阶子式41113-=-．(2) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------815073131223123⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------152733210591********~27122113r r r r r r 200000591170144313~23秩为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----r r .二阶子式71223-=-．(3) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---02301085235703273812434241322~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------02301024205363071210 131223~r r r r ++⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-0230114000016000071210344314211614~r r r r r r r r -÷÷↔↔⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0000010*******00231秩为3三阶子式07023855023085570≠=-=-．6．求解下列齐次线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=+++=-++=-++;0222,02,02432143214321x x x x x x x x x x x x (2)⎪⎩⎪⎨⎧=-++=--+=-++;05105,0363,02432143214321x x x x x x x x x x x x (3) ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-+-=+-+=-++=+-+;0742,0634,0723,05324321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x (4)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++-=+-+=-+-=+-+.0327,01613114,02332,075434321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解 (1) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--212211121211⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---3410013100101~即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-==4443424134334x x xx x x x x 故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1343344321k x x x x(2) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----5110531631121⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000001001021~ 即得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===+-=4432242102x x x x x x x x 故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10010*********k k x x x x(3) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----7421631472135132⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛1000010000100001~即得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====00004321x xx x故方程组的解为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====00004321x x x x(4) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----3127161311423327543⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--000000001720171910171317301~ 即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-=-=4433432431172017191713173x x x x x x x x x x故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛1017201713011719173214321k k x xx x7．求解下列非齐次线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=+=+-=-+;8311,10213,22421321321x x x x x x x x (2) ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+-=-+-=+-=++;694,13283,542,432z y x z y x z y x z y x(3) ⎪⎩⎪⎨⎧=--+=+-+=+-+;12,2224,12w z y x w z y x w z y x (4) ⎪⎩⎪⎨⎧-=+-+=-+-=+-+;2534,4323,12w z y x w z y x w z y x解 (1) 对系数的增广矩阵施行行变换,有⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--60003411100833180311102132124~2)(=A R 而3)(=B R ,故方程组无解．(2) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----69141328354214132⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--0000000021101201~ 即得⎪⎩⎪⎨⎧=+=--=zz z y z x 212亦即⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛021112k z y x(3) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----111122122411112⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000000100011112~ 即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===++-=0212121w z z y y z y x 即⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00021010210012121k k w z y x(4) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----000007579751025341253414312311112~⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----000007579751076717101~即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==--=++=w w z z w z y w z x 757975767171 即⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00757610797101757121k k w z y x8．λ取何值时,非齐次线性方程组 ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++2321321321,,1λλλλλx x x x x x x x x (1)有唯一解；(2)无解；(3)有无穷多个解?解 (1) 0111111≠λλλ,即2,1-≠λ时方程组有唯一解.(2) )()(B R A R < ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21111111λλλλλB ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+----22)1)(1()2)(1(00)1(11011~λλλλλλλλλλ由0)1)(1(,0)2)(1(2≠+-=+-λλλλ 得2-=λ时,方程组无解.(3) 3)()(<=B R A R ,由0)1)(1()2)(1(2=+-=+-λλλλ, 得1=λ时,方程组有无穷多个解.9．非齐次线性方程组 ⎪⎩⎪⎨⎧=-+=+--=++-23213213212,2,22λλx x x x x x x x x 当λ取何值时有解？并求出它的解．解 ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=)2)(1(000)1(321101212111212112~2λλλλλλB方程组有解，须0)2)(1(=+-λλ得2,1-==λλ当1=λ时,方程组解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛001111321k x x x当2-=λ时,方程组解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛022111321k x x x10．设⎪⎩⎪⎨⎧--=-+--=--+=-+-,1)5(42,24)5(2,122)2(321321321λλλλx x x x x x x x x问λ为何值时,此方程组有唯一解、无解或有无穷多解？并在有无穷多解 时求解．解 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------154224521222λλλλ初等行变换~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------2)4)(1(2)10)(1(00111012251λλλλλλλλ 当0≠A ,即02)10()1(2≠--λλ 1≠∴λ且10≠λ时，有唯一解.当02)10)(1(=--λλ且02)4)(1(≠--λλ，即10=λ时，无解.当02)10)(1(=--λλ且02)4)(1(=--λλ，即1=λ时，有无穷多解.此时，增广矩阵为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000000001221原方程组的解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00110201221321k k x x x (R k k ∈21,)11．试利用矩阵的初等变换，求下列方阵的逆矩阵：(1) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛323513123; (2) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1210232112201023. 解 （1）⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛100010001323513123⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---101011001200410123~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----10121121023200010023~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----2102121129227100010003~⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----21021211233267100010001~故逆矩阵为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----21021211233267(2) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----10000100001000011210232112201023 ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----00100301100001001220594012102321~ ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------20104301100001001200110012102321~。

线性代数答案解答第一章 行列式1.利用对角线法则计算下列三阶行列式：（1）381141102---； （2）b a c a c b cb a（3）222111c b a c b a ； （4）yxyx x y x y y x y x +++.解 （1）=---381141102811)1()1(03)4(2⨯⨯+-⨯-⨯+⨯-⨯)1()4(18)1(2310-⨯-⨯-⨯-⨯-⨯⨯- =416824-++- =4-（2）=ba c a cb cb a ccc aaa bbb cba bac acb ---++ 3333c b a abc ---=（3）=222111c b a c b a 222222cb ba ac ab ca bc ---++ ))()((a c c b b a ---=（4）yxyx x y x y y x y x+++yx y x y x yx y y x x )()()(+++++=333)(x y x y -+-- 33322333)(3x y x x y y x y y x xy ------+= )(233y x +-=2.按自然数从小到大为标准次序，求下列各排列的逆序数： （1）1 2 3 4； （2）4 1 3 2； （3）3 4 2 1； （4）2 4 1 3； （5）1 3 … )12(-n2 4 … )2(n ；（6）1 3 … )12(-n )2(n )22(-n … 2.解（1）逆序数为0（2）逆序数为4：4 1，4 3，4 2，3 2（3）逆序数为5：3 2，3 1，4 2，4 1,2 1 （4）逆序数为3：2 1，4 1，4 3（5）逆序数为2)1(-n n ：3 2 1个 5 2，54 2个 7 2，7 4，7 6 3个 ……………… …)12(-n 2，)12(-n 4，)12(-n 6，…，)12(-n )22(-n)1(-n 个（6）逆序数为)1(-n n3 2 1个 5 2，54 2个 ……………… …)12(-n 2，)12(-n 4，)12(-n 6，…，)12(-n )22(-n)1(-n 个4 2 1个 6 2，6 4 2个 ……………… …)2(n 2，)2(n 4，)2(n 6，…，)2(n )22(-n )1(-n 个3.写出四阶行列式中含有因子2311a a 的项.解 由定义知，四阶行列式的一般项为43214321)1(p p p p t a a a a -，其中t 为4321p p p p 的逆序数．由于3,121==p p已固定，4321p p p p 只能形如13□□，即1324或1342.对应的t 分别为10100=+++或22000=+++∴44322311a a a a -和42342311a a a a 为所求.4.计算下列各行列式：（1）⎥⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎢⎣⎢71100251020214214； （2）⎥⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎢⎣⎢-260523********12； （3）⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎣⎢---ef cf bf de cd bd ae ac ab ； （4）⎥⎥⎥⎥⎦⎥⎢⎢⎢⎢⎣⎢---d c ba100110011001 解(1)7110025102021421434327c c c c --010142310202110214---=34)1(143102211014+-⨯---=143102211014--321132c c c c ++141717201099-=0(2)2605232112131412-24c c -260532122130412-24r r -0412032122130412-14r r -0000032122130412-=0(3)efcfbfde cd bd ae ac ab---=ecbe c b e c badf ---=111111111---adfbce=abcdef 4(4)d cb a10110011001---21ar r +d cb a ab 10011011010---+=12)1)(1(+--d c a ab 101101--+ 23dc c +010111-+-+cd c ada ab=23)1)(1(+--cdadab +-+111=1++++ad cd ab abcd5.证明:(1)1112222b b a a b aba +=3)(b a -; (2)bz ay by ax bx az by ax bx az bzay bxaz bzay byax +++++++++=yxzx z y z yxb a )(33+;(3)0)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(2222222222222222=++++++++++++d d d d c c c cb b b b a a a a ;(4)444422221111d c b a dcbad c b a))()()()((d b c b d a c a b a -----=))((d c b a d c +++-⋅; (5)1221100000100001a x a a a a x xx n n n +----- n n n n a x a x a x ++++=--111 . 证明(1)122222221312a b a b aa b a ab a c c c c ------=左边ab a b ab a ab 22)1(22213-----=+ 21))((ab a a b a b +--=右边=-=3)(b a (2)bzay by ax z by ax bx az y bx az bz ay x a ++++++分开按第一列左边bz ay by ax x by ax bx az z bxaz bz ay y b +++++++++++++002yby ax z x bxaz y zbzay x a 分别再分bzay y x byax x zbxaz z y b +++zyxy x z x z yb y x z x z y z y x a 33+分别再分右边=-+=233)1(yxzx z yzy x b yxzx z yz y x a(3) 2222222222222222)3()2()12()3()2()12()3()2()12()3()2()12(++++++++++++++++=d d d d d c c c c c b b b b b a a a a a 左边9644129644129644129644122222141312++++++++++++---d d d d c c c c b b b b a a a a c c c c c c964496449644964422222++++++++d d dd c c c cb b b b a a a a 分成二项按第二列964419644196441964412222+++++++++d d d c c c b b b a a a949494949464222224232423dd c cb b a ac c c c c c c c ----第二项第一项06416416416412222=+d dd c c cb b b a a a(4) 444444422222220001a d a c ab a ad ac ab aa d a c ab a ---------=左边=)()()(222222222222222a d d a c c a b b a d a c a b a d a c a b --------- =)()()(111))()((222a d d a c c a b b ad ac ab a d ac a b++++++---=⨯---))()((a d a c a b)()()()()(00122222a b b a d d a b b a c c a b b bd b c a b +-++-++--+ =⨯-----))()()()((b d b c a d a c a b)()()()(112222b d a b bd d b c a b bc c ++++++++=))()()()((d b c b d a c a b a -----))((d c b a d c +++-(5) 用数学归纳法证明.,1,2212122命题成立时当a x a x a x a xD n ++=+-==假设对于)1(-n 阶行列式命题成立，即,122111-----++++=n n n n n a x a x a x D :1列展开按第则n D1110010001)1(11----+=+-x x a xD D n n n n 右边=+=-n n a xD 1所以，对于n 阶行列式命题成立.6.设n 阶行列式)det(ij a D =,把D 上下翻转、或逆时针旋转 90、或依副对角线翻转，依次得nnnn a a a a D 11111=， 11112n nnn a a a a D = ，11113a a a a D n nnn=，证明D D D D D n n =-==-32)1(21,)1(.证明 )det(ij a D =nnn n n n nnnn a a a a a a a a a a D 2211111111111)1(--==∴=--=--nnn n nn n n a a a a a a a a 331122111121)1()1( nn n nn n a a a a111121)1()1()1(---=--D D n n n n 2)1()1()2(21)1()1(--+-+++-=-= 同理可证nnnn n n a a a a D 11112)1(2)1(--=D D n n T n n 2)1(2)1()1()1(---=-=D D D D D n n n n n n n n =-=--=-=----)1(2)1(2)1(22)1(3)1()1()1()1(7.计算下列各行列式（阶行列式为k D k ）：(1)aaD n11=,其中对角线上元素都是a ，未写出的元素都是0；(2)xaaa x a a a xD n=; (3); 1111)()1()()1(1111n a a a n a a a n a a a D n n n n n n n ------=---+提示：利用范德蒙德行列式的结果．(4) nnnnnd c d c b a b a D000011112=;(5)ji a a D ij ij n -==其中),det(;(6)nna a a D +++=11111111121,021≠n a a a 其中.解(1)aa aa aD n 00010000000001000=按最后一行展开)1()1(100000000010000)1(-⨯-+-n n n a aa)1)(1(2)1(--⋅-+n n n a aa(再按第一行展开)n n n nn a a a+-⋅-=--+)2)(2(1)1()1(2--=n n a a )1(22-=-a a n(2)将第一行乘)1(-分别加到其余各行，得ax xa a x xa a x x a a a a xD n ------=0000000 ax a x a x a a a an x D n ----+=0000000)1(再将各列都加到第一列上，得)(])1([1a x a n x n --+=-(3)从第1+n 行开始，第1+n 行经过n 次相邻对换，换到第1行，第n 行经)1(-n次对换换到第2行…，经2)1(1)1(+=++-+n n n n 次行交换，得nnn n n n n n n n a a a n a a a n a a a D )()1()()1(1111)1(1112)1(1-------=---++此行列式为范德蒙德行列式∏≥>≥++++--+--=112)1(1)]1()1[()1(j i n n n n j a i a D∏∏≥>≥+++-++≥>≥++-•-•-=---=1121)1(2)1(112)1()][()1()1()]([)1(j i n n n n n j i n n n j i j i∏≥>≥+-=11)(j i n j i(4)nnnnn d c d c b a b a D 0011112=nn n n n nd d c d c b a b a a 00000011111111----展开按第一行0)1(1111111112c d c d c b a b a b nn n n n nn ----+-+2222---n n n n n n D c b D d a 都按最后一行展开由此得递推公式：222)(--=n n n n n n D c b d a D即 ∏=-=ni i i i i nD c b d a D 222)(而 111111112c b d a d c b a D -==得 ∏=-=ni i i i i n c b d a D 12)((5)ji a ij -=432140123310122210113210)det(--------==n n n n n n n n a D ij n,3221r r r r --0432111111111111111111111--------------n n n n ,,141312c c c c c c +++1524232102221002210002100001---------------n n n n n=212)1()1(----n n n(6)nn a a a D +++=11111111121,,433221c c c c c c ---n n n n a a a a a a a a a a +-------10100010000100010001000011433221展开（由下往上）按最后一列))(1(121-+n n a a a a nn n a a a a a a a a a --------0000000000000000000000000022433221n n n a a a a a a a a ----+--000000000000000001133221 ++nn n a a a a a a a a -------000000000000001143322n n n n n n a a a a a a a a a a a a 322321121))(1(++++=---)11)((121∑+==n i in a a a a8.用克莱姆法则解下列方程组：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++-=----=+-+=+++;01123,2532,242,5)1(4321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=++=++=++=+.15,065,065,065,165)2(5454343232121x x x x x x x x x x x x x解 (1)11213513241211111----=D812073503211111------=145008130032101111---=142142005410032101111-=---=112105132412211151------=D 112105132********----=1121023313090509151------=233130905112109151------= 1202300461000112109151-----=14200038100112109151----=142-=11235122412111512-----=D 81150731203271151-------=31390011230023101151-=28428401910023101151-=----=426110135232422115113-=----=D14202132132212151114=-----=D1,3,2,144332211-========∴DD x DD x DD x D D x(2)510006510006510065100065=D 展开按最后一行61000510065100655-'D D D ''-'=65D D D ''-'''-''=6)65(5D D '''-''=3019D D ''''-'''=1146566551141965=⨯-⨯=(,11的余子式中为行列式a D D ',11的余子式中为a D D ''''类推D D ''''''',)5100165100065100650000611=D 展开按第一列6510065100650006+'D46+'=D 460319+''''-'''=D 1507=51010651000650000601000152=D 展开按第二列5100651006500061-6510065000610005-365510651065⨯-=1145108065-=--=51100650000601000051001653=D 展开按第三列51006500061000516500061000510065+6100510656510650061+=703114619=⨯+=51000601000051000651010654=D 展开按第四列61000510065100655000610005100651-- 51065106565--=395-=11000051000651000651100655=D 展开按最后一列D '+10005100651006512122111=+= 665212;665395;665703;6651145;665150744321=-==-==∴x x x x x ． 9.齐次线性方程组取何值时问,,μλ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++0200321321321x x x x x x x x x μμλ有非零解？解 μλμμμλ-==12111113D ，齐次线性方程组有非零解，则03=D即0=-μλμ得 10==λμ或不难验证，当,10时或==λμ该齐次线性方程组确有非零解.10.齐次线性方程组取何值时问,λ⎪⎩⎪⎨⎧=-++=+-+=+--0)1(0)3(2042)1(321321321x x x x x x x x x λλλ有非零解？ 解λλλ----=111132421D λλλλ--+--=101112431)3)(1(2)1(4)3()1(3λλλλλ-------+-= 3)1(2)1(23-+-+-=λλλ齐次线性方程组有非零解，则0=D得 32,0===λλλ或不难验证，当32,0===λλλ或时，该齐次线性方程组确有非零解.第二章 矩阵及其运算1．已知线性变换：⎪⎩⎪⎨⎧++=++=++=,323,53,22321332123211y y y x y y y x y y y x 求从变量321,,x x x 到变量321,,y y y 的线性变换．解由已知：⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321323513122y y y x x x故 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3211221323513122x x x y y y ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=321423736947y y y ⎪⎩⎪⎨⎧-+=-+=+--=321332123211423736947xx x y x x x y x x x y2．已知两个线性变换⎪⎩⎪⎨⎧++=++-=+=,54,232,232133212311y y y x y y y x y y x ⎪⎩⎪⎨⎧+-=+=+-=,3,2,3323312211z z y z z y z z y 求从321,,z z z 到321,,x x x 的线性变换．解 由已知⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛221321514232102y y y x x x ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=321310102013514232102z z z ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=321161109412316z z z 所以有 ⎪⎩⎪⎨⎧+--=+-=++-=3213321232111610941236z z z x z z z x z z z x3．设⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=111111111A , ,150421321⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=B 求.23B A A AB T及-解A AB 23-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=1504213211111111113⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---1111111112 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0926508503⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---1111111112⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=22942017222132 ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=150421321111111111B A T⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=0926508504．计算下列乘积：(1)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134; (2)()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1233,2,1; (3)()2,1312-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛; (4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412; (5)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321332313232212131211321),,(x x x a a a a a a a a a x x x;(6)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛30003200121013013000120010100121. 解(1)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-127075321134⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯+⨯⨯+⨯-+⨯⨯+⨯+⨯=102775132)2(71112374⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=49635 (2)()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛123321)10()132231(=⨯+⨯+⨯=(3)()21312-⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⨯⨯-⨯⨯-⨯=23)1(321)1(122)1(2⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=632142 (4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-20413121013143110412⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=6520876 (5)()⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321332313232212131211321x x x a a a a a a a a a x x x()333223113323222112313212111x a x a x a x a x a x a x a x a x a ++++++=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯321x x x 322331132112233322222111222x x a x x a x x a x a x a x a +++++= (6)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛30003200121013013000120010100121⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=90003400421025215．设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=3121A , ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=2101B ，问：(1)BA AB =吗?(2)2222)(B AB A B A ++=+吗?(3)22))((B A B A B A -=-+吗?解(1)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=3121A , ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2101B 则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=6443AB ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=8321BA BA AB ≠∴(2)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+52225222)(2B A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=2914148但=++222B AB A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛43011288611483⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=27151610故2222)(B AB A B A ++≠+(3) =-+))((B A B A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10205222⎪⎪⎭⎫⎝⎛9060 而 =-22B A =⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛430111483⎪⎪⎭⎫⎝⎛7182 故22))((B A B A B A -≠-+6．举反列说明下列命题是错误的:（１）若02=A ,则0=A ; （２）若A A =2,则0=A 或E A =;（３）若AY AX =,且0≠A ,则Y X =.解 (1) 取⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0010A 02=A ,但0≠A(2) 取⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0011A A A =2,但0≠A 且E A ≠(3) 取⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=0001A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=1111X ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=1011YAY AX =且0≠A 但Y X ≠7．设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=101λA ,求k A A A ,,,32 . 解 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=12011011012λλλA⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==1301101120123λλλA A A 利用数学归纳法证明: ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=101λk A k当1=k 时,显然成立,假设k 时成立,则1+k 时⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛==1)1(01101101λλλk k A A A kk 由数学归纳法原理知:⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=101λk A k8．设⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=λλλ001001A ,求k A .解 首先观察⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=λλλλλλ0010010010012A ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=222002012λλλλλ ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⋅=3232323003033λλλλλλA A A由此推测 ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=---k k k k k k k k k k k A λλλλλλ0002)1(121)2(≥k用数学归纳法证明: 当2=k时,显然成立.假设k 时成立，则1+k 时，⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⋅=---+λλλλλλλλλ0010010002)1(1211k k k k k k k k k k k k A A A⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=+-+--+11111100)1(02)1()1(k k k k k k k k k k λλλλλλ由数学归纳法原理知: ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=---k k k k k k k k k k k A λλλλλλ0002)1(1219．设B A ,为n 阶矩阵，且A 为对称矩阵，证明AB B T 也是对称矩阵.证明 已知：A A T=则 AB B B A B A B B AB B T T T T TT T T ===)()(从而 AB B T也是对称矩阵.10．设B A ,都是n 阶对称矩阵，证明AB 是对称矩阵的充分必要条件是BA AB =.证明 由已知：A A T = B B T=充分性：BA AB =⇒A B AB TT =⇒)(AB AB T = 即AB 是对称矩阵.必要性：AB AB T =)(⇒AB A B TT =⇒AB BA =.11．求下列矩阵的逆矩阵：(1)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛5221； (2)⎪⎪⎭⎫⎝⎛-θθθθcos sin sin cos ； (3)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---145243121; (4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛4121031200210001; (5)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛2500380000120025; (6)⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛n a a a 0021)0(21≠a a a n 解(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛=5221A 1=A1),1(2),1(2,522122111=-⨯=-⨯==A A A A⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=*122522122111A A A A A *-=A A A 11故 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=-12251A(2)01≠=A 故1-A 存在θθθθcos sin sin cos 22122111=-===A A A A从而 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-θθθθcos sin sin cos 1A (3) 2=A , 故1-A 存在024312111==-=A A A 而 1613322212-==-=A A A21432332313-==-=A A A故 *-=A A A 11⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=1716213213012(4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=4121031200210001A24=A 0434232413121======A A A A A A68122444332211====A A A A12411032001)1(312-=-=A 12421012021)1(413-=-=A3121312021)1(514=-=A 4421012001)1(523-=-=A5121312001)1(624-=-=A 2121021001)1(734-=-=A*-=A AA11故⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=-4112124581031612100212100011A(5)01≠=A 故1-A 存在而002141312111==-==A A A A005242322212===-=A A A A 320043332313-====A A A A 850044342414=-===A A A A从而⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----=-85003200005200211A(6)⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=n a a a A 0021由对角矩阵的性质知 ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-n a a a A 1001121112．解下列矩阵方程：(1)⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛12643152X ; (2) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--234311*********X ;(3)⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-101311022141X ; (4)⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛021102341010100001100001010X .解 (1)⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=-126431521X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=12642153⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=80232 (2)1111012112234311-⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=03323210123431131 ⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=32538122 (3)11110210132141--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=X ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=210110131142121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21010366121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=04111(4)11010100001021102341100001010--⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=X ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=010100001021102341100001010⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=20143101213．利用逆矩阵解下列线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++;353,2522,132321321321x x x x x x x x x (2) ⎪⎩⎪⎨⎧=-+=--=--.0523,132,2321321321x x x x x x x x x解 (1)方程组可表示为 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛321153522321321x x x故 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-0013211535223211321x x x从而有 ⎪⎩⎪⎨⎧===001321x x x (2) 方程组可表示为 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----012523312111321x x x故 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-3050125233121111321x x x故有 ⎪⎩⎪⎨⎧===305321x x x 14．设O A k =(k 为正整数),证明121)(--++++=-k A A A E A E .证明 一方面， )()(1A E A E E --=-另一方面，由O A k=有)()()(1122k k k A A A A A A A E E -+--+-+-=-- ))((12A E A A A E k -++++=-故 )()(1A E A E ---))((12A E A A A E k -++++=-两端同时右乘1)(--A E就有121)(--++++=-k A A A E A E15．设方阵A 满足O E A A =--22,证明A 及E A 2+都可逆,并求1-A 及 1)2(-+E A .证明 由O E A A =--22得E A A 22=-两端同时取行列式: 22=-A A即 2=-E A A ,故 0≠A所以A 可逆,而22A E A =+0222≠==+A A E A 故E A 2+也可逆.由O E A A =--22E E A A 2)(=-⇒E A E A A A 112)(--=-⇒)(211E A A -=⇒-又由O E A A =--22E E A A E A 4)2(3)2(-=+-+⇒ E E A E A 4)3)(2(-=-+⇒11)2(4)3)(2()2(--+-=-++∴E A E A E A E A)3(41)2(1A E E A -=+∴-16．设⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=321011330A ,B A AB 2+=,求B . 解 由B A AB 2+=可得A B E A =-)2(故A E A B 1)2(--=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-3210113301210113321⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=01132133017．设Λ=-AP P 1,其中⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=1141P ,⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Λ2001,求11A .解 Λ=-AP P 1故1-Λ=P P A 所以11111-Λ=P P A3=P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=*1141P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-1141311P而 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Λ11111120012001故⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=31313431200111411111A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=6846832732273118．设m 次多项式m m x a x a x a a x f ++++= 2210)(,记m m A a A a A a E a A f ++++= 2210)()(A f 称为方阵A 的m 次多项式.(1)设⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Λ2100λλ,证明: ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Λk k k2100λλ,⎪⎪⎭⎫⎝⎛=Λ)(00)()(21λλf f f ; (2)设1-Λ=P P A ,证明: 1-Λ=P P A k k ,1)()(-Λ=P Pf A f .证明(1) i)利用数学归纳法.当2=k 时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Λ212120000λλλλ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=222100λλ命题成立,假设k 时成立,则1+k 时⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ΛΛ=Λ+212110000λλλλk k k k ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=++121100k k λλ 故命题成立. ii)左边m m a a a E a f Λ++Λ+Λ+=Λ= 2210)(⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫⎝⎛=m m m a a a 21211000001001λλλλ⎪⎪⎭⎫⎝⎛++++++++=m m m m a a a a a a a a 2222210121211000λλλλλλ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=)(00)(21λλf f =右边 (2) i) 利用数学归纳法.当2=k 时12112---Λ=ΛΛ=P P P P P P A 成立假设k 时成立,则1+k 时11111-+--+Λ=ΛΛ=⋅=P P P P P P A A A k k k k 成立,故命题成立,即 1-Λ=P P A k kii) 证明 右边1)(-Λ=P Pf12210)(-Λ++Λ+Λ+=P a a a E a P m m11221110----Λ++Λ+Λ+=P P a P P a P P a PEP a m m m m A a A a A a E a ++++= 2210)(A f ==左边19．设n 阶矩阵A 的伴随矩阵为*A ，证明：(1) 若0=A ,则0=*A ;(2) 1-*=n AA .证明(1) 用反证法证明．假设0≠*A 则有E A A =-**1)(由此得O A E A A AA A ===-*-**11)()(O A =∴*这与0≠*A 矛盾，故当0=A 时有0=*A(2) 由于*-=A A A11, 则E A AA =*取行列式得到: nAA A =* 若0≠A 则1-*=n AA若0=A 由(1)知0=*A 此时命题也成立 故有1-*=n AA20．取⎪⎪⎭⎫⎝⎛==-==1001D C B A ,验证DC B ADC B A ≠检验: =D C BA =--10100101101001011010010100200002--410012002==而01111==D C B A故 DC B AD C B A ≠21．设⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=22023443O O A ,求8A 及4A解 ⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=22023443O O A ，令⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=34431A ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=22022A 则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21A O O A A故8218⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=A OO A A ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=8281A O O A 1682818281810===A A A A A⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=464444241422025005O O A OO A A22．设n 阶矩阵A 及s 阶矩阵B 都可逆,求1-⎪⎪⎭⎫⎝⎛O B A O ．解 将1-⎪⎪⎭⎫⎝⎛O B A O 分块为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛4321C C C C其中 1C 为n s ⨯矩阵, 2C 为s s ⨯矩阵3C 为n n ⨯矩阵, 4C 为s n ⨯矩阵则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯O B A O s s n n ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛4321C C C C ==E ⎪⎪⎭⎫⎝⎛s n E O O E 由此得到⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⇒==⇒==⇒==⇒=----122111144133)()(B C E BC B O C O BC A O C O AC A C E AC s n 存在存在故 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛---O A B O O B A O 111．第三章 矩阵的初等变换与线性方程组1．把下列矩阵化为行最简形矩阵：(1)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--340313021201; (2) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----174034301320; (3)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---------12433023221453334311; (4) ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------34732038234202173132.解(1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--3403130212011312)3()2(~r r r r -+-+⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---02003100121)2()1(32~-÷-÷r r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--01003100120123~r r -⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--30003100120133~÷r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--100031001201323~r r +⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-100001001201 3121)2(~r r r r +-+⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛100001000001(2) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----174034301320 1312)2()3(2~r r r r -+-+⨯⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---310031001320 21233~r r r r ++⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛000031001002021~÷r ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛000031005010 (3)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------12433023221453334311141312323~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--------1010500663008840034311)5()3()4(432~-÷-÷-÷r r r ⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----221002210022*******12423213~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---0000000000221003211(4)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------34732038234202173132242321232~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----1187701298804202111110 141312782~r r r r r r --+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--4100041000202011111034221)1(~r r r r r --⨯↔⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----00000410001111020201 32~r r +⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--000004100030110202012．在秩是r 的矩阵中,有没有等于0的1-r 阶子式?有没有等于0的r 阶子式?解 在秩是r 的矩阵中,可能存在等于0的1-r 阶子式,也可能存在等于0的r 阶子式.例如，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=00000000010000100001α 3)(=αR 同时存在等于0的3阶子式和2阶子式.3．从矩阵A 中划去一行得到矩阵B ,问B A ,的秩的关系怎样?解 )(A R ≥)(B R设r B R =)(，且B 的某个r 阶子式0≠D r .矩阵B 是由矩阵A 划去一行得 到的，所以在A 中能找到与D r 相同的r 阶子式D r ，由于0≠=D D r r ， 故而)()(B R A R ≥.4．求作一个秩是4的方阵,它的两个行向量是)0,0,1,0,1(,)0,0,0,1,1(- 解 设54321,,,,ααααα为五维向量,且)0,0,1,0,1(1=α,)0,0,0,1,1(2-=α,则所求方阵可为,54321⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=αααααA 秩为4,不妨设⎪⎩⎪⎨⎧===)0,0,0,0,0(),0,0,0,0()0,,0,0,0(55443αααx x 取154==x x故满足条件的一个方阵为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-00000100000100000011001015．求下列矩阵的秩,并求一个最高阶非零子式：(1)⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443112112013; (2) ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------815073131213123； (3)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---02301085235703273812.解 (1) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443112112013r r 21~↔⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---443120131211 ⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛------564056401211~12133r r r r 2000056401211~23秩为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----r r 二阶子式41113-=-．(2) ⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-------815073*********⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---------15273321059117014431~27122113r r r r r r 200000591170144313~23秩为⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----r r .二阶子式71223-=-．(3)⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---02301085235703273812434241322~r r r r r r ---⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛------0230102420536307121131223~r r r r ++⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-0230114000016000071210344314211614~r r r r r r r r -÷÷↔↔⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-00000100007121002301秩为3 三阶子式07023855023085570≠=-=-．6．求解下列齐次线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=+++=-++=-++;0222,02,02432143214321x x x x x x x x x x x x (2) ⎪⎩⎪⎨⎧=-++=--+=-++;05105,0363,02432143214321x x x x x x x x x x x x(3) ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-+-=+-+=-++=+-+;0742,0634,0723,05324321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x (4)⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=++-=+-+=-+-=+-+.0327,01613114,02332,075434321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解 (1) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--212211121211⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛---3410013100101~即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-==4443424134334x x x x x x x x故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛1343344321k x x x x(2) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----5110531631121⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000001001021~ 即得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===+-=4432242102x x x x x x x x故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛10010012214321k k x x x x(3) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----7421631472135132⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛1000010000100001~即得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====00004321x x xx故方程组的解为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧====00004321x x x x(4) 对系数矩阵实施行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----3127161311423327543⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛--0000001720171910171317301~即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==-=-=4433432431172017191713173x x x x x x x x x x 故方程组的解为⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛1017201713011719173214321k k x x x x7．求解下列非齐次线性方程组:(1) ⎪⎩⎪⎨⎧=+=+-=-+;8311,10213,22421321321x x x x x x x x (2) ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=+-=-+-=+-=++;694,13283,542,432z y x z y x z y x z y x(3) ⎪⎩⎪⎨⎧=--+=+-+=+-+;12,2224,12w z y x w z y x w z y x (4) ⎪⎩⎪⎨⎧-=+-+=-+-=+-+;2534,4323,12w z y x w z y x w z y x解 (1) 对系数的增广矩阵施行行变换,有⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--60003411100833180311102132124~2)(=A R 而3)(=B R ,故方程组无解．(2) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----69141328354214132⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--0000000021101201~即得⎪⎩⎪⎨⎧=+=--=zz z y z x 212亦即⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛021112k z y x(3) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----111122122411112⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-000000100011112~ 即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧===++-=0212121w z z y y z y x 即⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛00021010210012121k k w z y x(4) 对系数的增广矩阵施行行变换:⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----00007579751025341253414312311112~ ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛----000007579751076717101~ 即得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧==--=++=w w z z w z y w z x 757975767171即⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛00757610797101757121k k w z y x8．λ取何值时,非齐次线性方程组 ⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++2321321321,,1λλλλλx x x x x x x x x (1)有唯一解；(2)无解；(3)有无穷多个解?解 (1)0111111≠λλλ,即2,1-≠λ时方程组有唯一解.(2))()(B R A R <⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=21111111λλλλλB ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+----22)1)(1()2)(1(00)1(11011~λλλλλλλλλλ由0)1)(1(,0)2)(1(2≠+-=+-λλλλ 得2-=λ时,方程组无解.(3)3)()(<=B R A R ,由0)1)(1()2)(1(2=+-=+-λλλλ,得1=λ时,方程组有无穷多个解.9．非齐次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=-+=+--=++-23213213212,2,22λλx x x x x x x x x 当λ取何值时有解？并求出它的解．解 ⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-----⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----=)2)(1(000)1(321101212111212112~2λλλλλλB 方程组有解，须0)2)(1(=+-λλ得2,1-==λλ当1=λ时,方程组解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛001111321k x x x当2-=λ时,方程组解为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛022111321k x x x10．设⎪⎩⎪⎨⎧--=-+--=--+=-+-,1)5(42,24)5(2,122)2(321321321λλλλx x x x x x x x x问λ为何值时,此方程组有唯一解、无解或有无穷多解？并在有无穷多解。