问题 问答题

设向量组β1,β2,…,βs可由α1,α2,…,αs线性表示,且β1,β2,…,βs线性无关,证明:向量组α1,α2,…,αs与向量组β1,β2,…,βs等价.

答案

参考答案:方法一 向量组β1,β2,…,βs可由α1,α2,…,αs线性表示,因此秩
r(β1,β2,…,βs)≤r(α1,α2,…,αs).
向量组β1,β2,…,βs线性无关,r(β1,β2,…,βs)=s故由
s=r(β1,β2,…,βs)≤r(α1,α2,…,αs)≤s
得r(α1,α2,…,αs)=s,所以α1,α2,…,αs也线性无关.
设Cs×s为α1,α2,…,αs线性表示β1,β2,…,βs的表示矩阵,即
1,β2,…,βs)=(α1,α2,…,αs)C,
则由β1,β2,…,βs线性无关可知矩阵C的秩r(C)=s,因此C为可逆矩阵,故
1,α2,…,αs)=(β1,β2,…,βs)C-1
即α1,α2,…,αs可由β1,β2,…,βs线性表示,所以向量组α1,α2,…,αs与β1,β2,…,βs等价.
方法二 反证法.若向量组α1,α2,…,αs不能由β1,β2,…,βs线性表示,则存在αj,使αi不能由β1,β2,…,βs线性表示,即向量组αj,β1,β2,…,βs线性无关.由题设可知,向量组α1,α2,…,αs可线性表示αj,β1,β2,…,βs,因此有s≥s+1.这是一个不成立的不等式,所以α1,α2,…,αs必可由β1,β2,…,βs线性表示,故α1,α2,…,αs与β1,β2,…,βs等价.

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