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求齊次方程組的基本解系

圖文 更新时间:2024-07-20 08:29:24

在前文中我們談到用高斯消元法解決線性系統問題,也談到線性組合,參見齊次方程組和線性組合。

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)1

本文談論齊次方程組的基解。先做一個高斯化簡:用系數矩陣求解齊次方程組,

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)2

解:用高斯消元法,化簡後得:

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)3

所以通過高斯消去得出的解是:

= 2s t

= s

= t

=t

因此我們能把通解x寫成矩陣形式:

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)4

這裡的:

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)5

是通過高斯消元得到的特殊解。

定義:高斯算法産生任何齊次線性方程的參數解,每個參數都有一個特解叫做基解。

上面的例子的解可以寫成:

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)6

因此,通過引入一個新的參數r = t/5,我們可以将原來的基本解x2乘以5

消除分數。因為:任何非零的标量乘以一個基本解仍然被稱為一個基本解。

定理:設A是一個m×n矩陣,秩為r,考慮n個變量的齊次系統,其中A為

系數矩陣。那麼:

1. 系統有n - r個基本解,每個參數有一個。

2. 每個解都是這些基本解的線性組合。

例題:

求系數矩陣為A的齊次方程組的基本解,并表示每一個解為基本解的線性組合,其中:

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)7

解:将增廣矩陣用高斯法化簡為行簡化階梯形

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)8

通解是x1 = 3r−2s−2t, x2 = r, x3 =−6s t, x4 = s, x5 = t其中r, s和t參數。在矩陣形式中,這是

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)9

因此基解是:

求齊次方程組的基本解系(齊次方程組的基解)10

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