已知3维列向量组S1:α1,α2线性无关;S2:β1,β2线性无关.
(Ⅰ)证明存在非零向量ξ既可以由α1,α2线性表示,也可由β1,β2线性表示;
(Ⅱ)设α1=(-1,2,3)T,α2=(1,-2,-4)T,β1=(-2,A,7)T,β2=(-1,2,5)T,求(Ⅰ)中的ξ.
参考答案:本题是考查向量组与方程组的综合题,计算量大,逻辑性强,是一道难度较高的题目,具有很好的区分度.
(Ⅰ)因4个三维向量必线性相关,使用定义,即存在不全为零的数k1,k2,k3,k4,使
k1α1+k2α2+k3β1+k4β2=0,
k1,k2不能均为零,否则会有k3β1+k4β2=0,由β1,β2线性无关,则k3=k4=0,这与题设k1,k2,k3,k4不全为零矛盾,从而,
[*]
由k1,k2不全为零,α1,α2线性无关,有
0≠ξ≠k1α1+k2α2=-k3β1-k4β2,
得证.
(Ⅱ)事实上问题转化为求解方程组.
构造k1α1+k2α2+k3β1+k4β2=0,即[*]
其中,[*]
当a≠4时,根据(*),r((α1 α2 β1 β2))=3知,方程组①有无穷多解,基础解系由4-3=1个非零解向量组成,故①的通解为(k1,k2,k3,k4)T=t(1,2,0,1)T,则所求
ξ=-k3β1-k4β2=0β1-tβ2=t(1,-2,-5)T,
其中t为任意非零常数.
当a=4时,根据(*),r((α1 α2 β1 β2))=2知,方程组①有无穷多解,基础解系由4-2=2个线性无关的解向量组成,故①的通解为(k1,k2,k3,k4)T=(-t1+t2,t1+2t2,t1,t2)T,则所求
ξ=-k3β1-k4β2=t1(2,-4,-7)T+t2(1,-2,-5)T,
其中t1,t2不同时为零.