问题 问答题

已知向量组α1,α2,…,αs线性无关,若β=l1α1+l2α2+…+lsαs,其中至少有li≠0,证明用β替换αi后所得向量组α1,…,αi-1,β,αi+1,…,αs线性无关.

答案

参考答案:[证法一] (用定义) 如果k1α1+…+ki-1αi-1+kβ+ki+1αi+1+…+ksαs=0,将已知条件β=l1α1+…+lsαs代入,并整理有
(k1+kl11+(k2+kl22+…+(ki-1+kli-1i-1+kliαi+(ki+1+kli+1i+1+…+(ks+klss=0.
由于已知向量组α1,α2,…,αs线性无关,故必有
[*]
由于li≠0,kli=0知k=0,进而知必有k1=0,k2=0,…,ks=0.
所以向量组α1,…,αi-1,β,αi+1,…,αs线性无关.
[证法二] (用秩)由于α1,…,αi-1,β,αi+1,…,αs可用α1,α2,…,αs线性表出,用矩阵表示有
1,…,αi-1,β,αi+1,…,αs)=(α1,α2,…,αs)C,
其中[*]
记A=(α1,…,αi-1,β,αi+1,…,αs),B=(α1,α2,…,αs),即A=BC,因为li≠0,C是s阶可逆矩阵,故
r(A)=r(BC)=r(B)=r(α1,…,αs)=s.
所以向量组α1,…,αi-1,β,αi+1,…,αs线性无关.
[证法三] (用等价向量组)令(Ⅰ)α1,α2,…,αs与(Ⅱ)α1,…,αi-1,β,αi+1,…,αs
由于α1,…,αi-1,αi+1,…,αs∈(Ⅰ),且已知β=∑liαi,所以向量组(Ⅱ)可以由向量组(Ⅰ)线性表出.
又因li≠0,有[*],
即αi可以由向量组(Ⅱ)线性表出,进而向量组(Ⅰ)可由向量组(Ⅱ)线性表出.
因此,向量组(Ⅰ)与(Ⅱ)可以互相线性表出,它们有相同的秩,r(Ⅰ)=r(Ⅱ).
由于(Ⅰ)线性无关,r(Ⅰ)=s,故r(Ⅱ)=r(α1,αi-1,β,αi+1,…,αs)=s.
即向量组(Ⅱ)线性无关.

解析:

[*]
[*]

单项选择题
判断题