求线性方程组的解的三种情况组

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阶矩阵则有下列三种情况:

1)若,则方程组无解

证明:设,且增广矩阵的行最简形为

看起来有点复杂其实不然。左上角为一个阶的单位阵左中为一个阶方阵。最祐边有一个列向量其他位置均为零。

如果成立则必有(因为行阶梯形矩阵的非零行为其秩).此时得到矛盾方程.因此方程组无解。

2)若则方程组有唯一解。

证明:设且增广矩阵的行最简形为

由于,因此左中的方阵其实不存在且有.

此时,方程有唯一解解为.

3)若,则方程组有无穷多解

证明: 设,且增广矩阵的行最简形为

则有,令自由未知数则解可表示为

由于自由未知数可取任意值,因此方程组的解囿无穷多个

综上,可以得到两个推论:

1)对于齐次线性方程组的解的三种情况组有非零解的充要条件为或

2)对于非齐次线性方程组的解的三种情况组有解的充要条件为

【1】《线性代数》同济版

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