線性代數02 線性方程組的解的情況(矩陣的秩)

在01中,我們提到出了一個問題:關於線性方程組的解是否可以根據消元過程中的結構來探究?
博主給出了答案是可以的,那麼具體的情況是如何呢?我們先來明確幾個概念:

1 主元與矩陣的秩

上一節01,我們提到了關於主元的概念,就是在階梯矩陣中的非零行中,第一個不爲零的數。那麼很簡單能夠知道,主元的個數=非零行的數量。 如此一來。我們可以從主元出發,得到一個新的概念:矩陣的秩(Rank)=主元的數量=非零行的數量。

2 矩陣的秩與線性方程組的解的情況

對於線性方程組的解,我們已經明確只有三種情況,因此不妨分情況討論:

(1) 唯一解
唯一解的情況非常好理解,就是每個變量均有唯一值,在高斯-諾爾當消元法中,對應的情況就是,增廣矩陣中的係數矩陣A可以化簡爲單位矩陣:
實例如下:
在這裏插入圖片描述
可以看到,若矩陣的秩R==原線性方程組變量的個數(也是增廣矩陣的列數)n,那麼此時線性方程組有唯一解。

(2) 無解
根據上一節中,無解的實例ex1,我們可以看到,若存在任意行有0=d(常數項)。那麼線性方程組無解。因此這種情況,就無需看矩陣的秩與n的關係,可以直接通過是否存在“0=d”方程來判斷。

(3) 無窮多解
根據上一節中,無窮多解的實例ex2,可以很容易的發現。若矩陣的秩R<n,就一定有自由變量F的存在。
這裏解釋一下自由變量F:不是主元的變量就稱作自由變量。
思考:爲什麼R<n,就一定存在自由變量?
因爲有一行全爲0,那麼就一定存在主元的數量<變量的數量。

因此,結論是:若存在矩陣的秩R<n,那麼線性方程組一定有無窮多解。

3 總結

(1) 矩陣的秩R<n,那麼線性方程組一定有無窮多解
(2) 若存在任意行有0=d(常數項)。那麼線性方程組無解。
(3) 矩陣的秩R==原線性方程組變量的個數(也是增廣矩陣的列數)n,那麼此時線性方程組有唯一解。

在這篇博文中,主要介紹了矩陣的秩的概念,並且將矩陣的秩與線性方程組的解的情況聯繫了起來。在下一章節,我想從n階矩陣的行列式來關聯到含有n個線性方程,n個變量的線性方程組的解的情況的說明,並且根據齊次線性方程組與非齊次線性方程組的不同來撰寫。

概念

單位矩陣
矩陣的秩
主元

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章