在前文中我们谈到用高斯消元法解决线性系统问题,也谈到线性组合,参见齐次方程组和线性组合。

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(1)

本文谈论齐次方程组的基解。先做一个高斯化简:用系数矩阵求解齐次方程组,

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(2)

解:用高斯消元法,化简后得:

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(3)

所以通过高斯消去得出的解是:

= 2s t

= s

= t

=t

因此我们能把通解x写成矩阵形式:

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(4)

这里的:

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(5)

是通过高斯消元得到的特殊解。

定义:高斯算法产生任何齐次线性方程的参数解,每个参数都有一个特解叫做基解。

上面的例子的解可以写成:

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(6)

因此,通过引入一个新的参数r = t/5,我们可以将原来的基本解x2乘以5

消除分数。因为:任何非零的标量乘以一个基本解仍然被称为一个基本解。

定理:设A是一个m×n矩阵,秩为r,考虑n个变量的齐次系统,其中A为

系数矩阵。那么:

1. 系统有n - r个基本解,每个参数有一个。

2. 每个解都是这些基本解的线性组合。

例题:

求系数矩阵为A的齐次方程组的基本解,并表示每一个解为基本解的线性组合,其中:

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(7)

解:将增广矩阵用高斯法化简为行简化阶梯形

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(8)

通解是x1 = 3r−2s−2t, x2 = r, x3 =−6s t, x4 = s, x5 = t其中r, s和t参数。在矩阵形式中,这是

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(9)

因此基解是:

求齐次方程组的基本解系(齐次方程组的基解)(10)

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