线性方程组迭代法习题课1
线性方程组求解
习题课
一、给定方程组123211*********x x x -????????????
=?
???????????-??????
试考察用Jacobi 迭代法和Seidel 迭代法求解的收敛性。
解：对Jacobi 迭代法，迭代矩阵为
-1J 00.50.5B =I-D A=1010.50.50-??
??--??????
因为3
5
04
J
I B λλλ-=+=，得特征值
1230,,22i i
λλλ===-
得(
)12J B ρ=> ，由定理知
Jacobi 迭代法发散。
对Seidel 迭代法，迭代矩阵为
()1
S B D L U -=-=1
20001100.50.511000100.50.5112000000.5---??????
??????-=--??
??????????--??
????
显然，其特征值为1230,0.5λλλ===-
故()0.51s B ρ=<，由定理知Seidel 迭代法收敛。
二、设线性方程组111211212222a a x b a a x b ??????
= ??? ???????
，11220a a ≠，
112221120a a a a -≠。证明：解线性方程组的Jacobi
迭代法和Gauss-Seidel 迭代法同时收敛或不收敛。 证明：
121
1111
122221
21
22
0000
00J a a a a B a a a a -??-
?-????
?==
? ? ?-????- ???
()2
1221
1122det J a a I B a a λλ-=-，故(
)J B λ= (
)J B ρ=
。
1211111
1221
2212211122000000S a a a a B a a a a a a -??-
?-???? ?==
? ? ????? ??
?
()12211122det S a a I B a a λλλ??
-=- ???
，()12211,211220,S a a B a a λ=，得 ()12211122G a a B a a ρ=
。注意到
(
)()1221
1122
11J S a a B B a a ρρ=
三、对于12313211x x ??????
= ? ? ?-????
??，若用迭代公式
()
()
()
1()k k k x
x
Ax
b α+=+-，k=0，1，2，…
取什么实数范围内的α可使迭代收敛？ 解：迭代公式可写成
()
()()
1k k x
I A x
b αα+=+-
迭代矩阵为B I A α=+。易求出A 的特征值为1和4，故有B 的特征值为1α+和4α+。所以
(){}max 1,14B ραα=++
要收敛，由定理有
()11
110141
2B αραα?+
所以1,02α??
∈- ???
是迭代收敛。
α
取什么值可使收敛最快？
四、设A 是n 阶非奇异阵，B 为n 阶奇异阵，试证：
()1
A B Cond A A
-≤ 其中，?
是矩阵的算子范数。
证明：
因为
Cond(A)= 1
A A -?，所以本题不等式的证
明可转化为证明
1
1A A B -?-≥
1A -存在显然。注意到
()
111I A B A A B A A B ----=-≤?-
为引入向量证明矩阵范数，考虑矩阵B 对应的齐次方程组Bx=0。因为B 是奇异阵，存在非零向量y 满足
By=0，用1
A -左乘得
10A By -=，有 ()1y I A B y -=-
两边取范数有
()11
y I A B y I A B y --=-≤-?
因为0y ≠，得11,I A B --≥而
11
I A B A A B ---≤?-
所以有11A A B -?-≥
证毕。
五、 设,n n A B R ?∈，A 非奇异，对线性方程组
1122A B x b B A x b ??????=????????????
有块Jacobi 迭代法
()()
()
()
1112
122
1
k k k k Ax b Bx Ax b Bx ++=-=-
试给出其矩阵迭代格式和块Seidel 迭代格式。 解：Jacobi 迭代公式可写成
()()()()111112220000k k k k A x B x b A B b x x ++????-??????=+??????????-?
?????
???????? 故有块Jacobi 迭代矩阵格式为
()()()()111111122200
k k J k k x x b A C b A x x +--+????????
=+??????????????????
??
1
11100000
0J B A A B C B A A B -----????
-??==?
?????--??????
块Seidel
()
(
)
()
()
1112
1112
1
k k k k Ax b Bx Ax b Bx +++=-=-
六、用列主元与全主元方法解方程组
12312315410030.112x x x ????????????=????????????-??????
解：1、列主元法进行计算过程：
1
2315410054100123130.11230.11210.82
010.8200 1.2110 2.5520520 1.2112.510.82010.82
0120.80120 1.21100 1.????????
→????
????--?
???
?????
???→--→????????--???
?????-→????-??主元为5，于是进行如下迭代：
消去第一列的二三两行后，主元是-2.5，于是进行如下代换010.8200.80120.8449001 1.425??
????????-→-????????-????
?
?
回代得到解：123 1.22
1.4x x x ===-
2、使用全主元法过程：
12
33213
2131
21012311045054100321130.11210.1321045000.80.5100.5 2.52105400 2.50.5200.50.8
1x x x b x x x b x x x b x x x b ????????????→????????--????????
??????→
??-??-????
?--在矩阵中，主元为，于是进行迭代，得到如下矩阵：迭代完毕，得到新的主元为2.5，则进行如下迭代：3
12
105400 2.50.520
0.7 1.4x x x b ???
?????
???→????
-????
????????
回代得到解：123 1.2
21.4x x x ===-
七、设ij n A a ??=??是对称正定矩阵，
经过高斯消元法一步后，A 约化为111
20
T a a A ?????
?
，其中(2)21ij n A a -??=??，证明： （1）A 的对角元素0ii a >（i=1,2,…，n ）； （2）2A 是对称正定矩阵 证明：（1）因A 对称正定，故
0,1,2,
,T ii i i a e Ae i n =>=
其中T =(0,,0,1,0,,0)i e 为第i 个单位向量
（2）由A 的对称性及消元公式得
1(1)
(1)1
111111
;(,2,
,)j i ij
ij j ji i ji a a a a a a a a i j n a a =-=-==
故2A 也对称
又111
120T
a a L A A ??
=????
，其中 2111
1111
1
1
1n a a L a a ??????-??=?
?????-????
显然1L 非奇异，从而对任意的0x ≠，有
()()()1
1
1
1
1
0,0T
T T
T T T L x x
L AL x L x A L x ≠=>
由A 的正定性，有11T
L AL 正定。
又11
11200
T a L AL A ??
=???
?
，而11a >0，故2A 正定。 八、给定线性方程组
11
2
2
3
3
1
11
231
n n n n a c a c a c a c b b
b b b ---??
? ? ? ? ? ? ? ??
?1231n n x x x x x -?? ? ? ? ? ? ? ? ???=1231n n d d d d d -?? ? ? ? ? ? ?
? ???
其中()011i a i n ≠≤≤-且系数矩阵是非奇异的。试根据其系数矩阵稀疏性的特点给出一个求解算法。并指出所
给算法的乘除法和加减法的运算次数。
分析：根据方程组的特点先用消元法将其化为两对角方程组，然后再用回代法求解。 解：记()111n n b b d d == 第一次消元： 记1
11
.b l a =-
将第一行乘1l 加到第n 行，并记 ()
()
212211
11n
n b b l c d d l d =+=+
第二次消元：
记2
22
b l a =- 将第二行乘2l 加到第n 行，并记
()
()
32332222n
n b b l c d d l d =+=+
类似做法直到第1n -次消元： 记111
n n n b l a ---=-
将第1n -行乘1n l -加到第n 行，并记
()
()
11111n n n n n n n
n
n n b b l c d d l d -----=+=+
线性代数第3章_线性方程组习题解答
习题3 3-1．求下列齐次线性方程组的通解： （1）?? ? ??=--=--=+-087305302z y x z y x z y x . 解 对系数矩阵施行行初等变换，得 ???? ? ??-----?→?????? ??-----=144072021 1873153211A )(000720211阶梯形矩阵B =???? ? ??-?→? ??? ?? ??-?→?0002720211)(000271021101行最简形矩阵C =????? ? ???→? ， 与原方程组同解的齐次线性方程组为 ??? ??? ?=+=+02702 11 z y z x ， 即 ??? ??? ?-=-=z y z x 272 11（其中z 是自由未知量）， 令1=z ，得到方程组的一个基础解系 T )1,2 7,211(-- =ξ, 所以，方程组的通解为
,)1,2 7,211(T k k -- =ξk 为任意常数． （2）??? ??=+++=+++=++++0 86530543207224321 432154321x x x x x x x x x x x x x . 解 对系数矩阵施行行初等变换，得 ???? ? ??--?→?????? ??=21202014101072211086530543272211A )(7000014101072211阶梯形矩阵B =????? ??-?→? ???? ? ??-?→?70000141010211201 )(100000101001201行最简形矩阵C =???? ? ???→?， 与原方程组同解的齐次线性方程组为 ??? ??==+=++00 025 42431x x x x x x ， 即 ??? ??=-=--=025 4 2431x x x x x x （其中43,x x 是自由未知量）， 令34(,)T x x =(1,0)T ，(0,1)T ，得到方程组的一个基础解系 T )0,0,1,0,2(1-=ξ，T )0,1,0,1,1(2--=ξ， 所以，方程组的通解为
线性方程组典型习题及解答
线性方程组 1. 用消元法解方程组?????? ?=- +-+=-- + - =-+-+ =- -+-5 2522220 21 22325 4 321 53 2 154321 5 4321x x x x x x x x x x x x x x x x x x x . 解: 方程组的增广矩阵 : ????? ???????---------→????????????---------→????????????---------420200110100112430211321312630202530112430211321512522110112121111211321? ??? ????? ???--------→60000 0110100112430211321,可知,系数矩阵的秩为3,增广矩阵的秩为4,系数矩阵的秩不等于增广矩阵的秩,从而方程组无解. 2. 讨论λ为何值时,方程组??? ??=++ = + +=++2 3 2 1 3 2 1 321 1 λλλλλx x x x x x x x x 有唯一解、无解和有无穷多解。 解：将方程组的增广矩阵进行初等行变换，变为行阶梯矩阵。 ()() ()()B A =??? ? ???? ? ?+------→→???? ????? ?→?? ??? ?????=22 2 2211210 1101 111 1 11111 1 1 1 111λλλλλλλ λλλ λλλλλλλ λλ λΛ于是，当2,1-≠λ时，系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩，都等于3，等于未知量的个数，此 时方程组有唯一解;2 )1(,21,213 321++-=+=++- =λλλλλx x x 当2-=λ时，系数矩阵的秩为2，增广矩阵的秩为3，此时方程组无解； 当1=λ时，系数矩阵的秩等于增广矩阵的秩，都等于1，小于未知量的个数，此时方程组有无穷多解，即3211x x x --=，其中32,x x 为自由未知量。
齐次和非齐次线性方程组的解法(整理定稿)
线性方程组解的结构（解法） 一、齐次线性方程组的解法 【定义】 r (A )= r
线性方程组-练习
1．设向量组123,,ααα线性无关，向量1β可由123,,ααα线性表示，而向量2β不能由123,,ααα线性表示，则对于任意常数k ,必有（ ）A (A) 12312,,,k αααββ+线性无关； （B ）12312,,,k αααββ+线性相关; ( C) 12312,,,k αααββ+线性无关； (D) 12312,,,k αααββ+线性相关 2．n 维向量组)1(,,,21n s s ≤≤ααα 线性无关的充要条件是 （ D ） (A) 存在一组不全为零的s k k k ,,21 ,使得02211=+++s s k k k ααα (B) s ααα ,,21 中的任何两个向量都线性无关 (C) s ααα ,,21 中存在一个向量，它不能被其余向量线性表示 (D) s ααα ,,21 中的任何一个向量都不能被其余向量线性表示 3. （1）若两个向量组等价，则它们所含向量的个数相同； （2）若向量组}{21r ααα，，， 线性无关，1+r α可由r ααα ,21,线性表出，则向量组}{121+r ααα，，， 也线性无关； （3）设}{21r ααα，，， 线性无关，则}{121-r ααα，，， 也线性无关； （4）}{21r ααα，，， 线性相关，则r α一定可由121,-r ααα ，线性表出；以上说法正确的有（ A ）个。 A .1 个 B .2 个 C ．3 个 D .4个 4．向量组A :12,,,n ααα 与B :12,,,m βββ 等价的充要条件为（ C ）. A .()()R A R B =； B .()R A n =且()R B m =； C ．()()(,)R A R B R A B ==； D .m n = 5．讨论a ，b 取什么值时，下面方程组有解，对有解的情形，求出一般解。 1234123423412341322235433x x x x x x x x a x x x x x x x b +++=??+++=??++=??+++=?。 答案：a ＝0，b ＝2有解；其他无解。 (-2,3,0,0)’+k1(1,-2,1,0)’+k2(1,-2,0,1)’ 6．试就k 的取值情况讨论以下线性方程组的解,并在有无穷的解时求出通解:
线性方程组习题课
线性方程组求解 习题课
一、给定方程组123211*********x x x -???????????? =? ???????????-?????? 试考察用Jacobi 迭代法和Seidel 迭代法求解的收敛性。 解：对Jacobi 迭代法，迭代矩阵为 -1J 00.50.5B =I-D A=1010.50.50-?? ??--?????? 因为3 5 04 J I B λλλ-=+=，得特征值 1230,,22i i λλλ===- 得( )12J B ρ=> ，由定理知 Jacobi 迭代法发散。 对Seidel 迭代法，迭代矩阵为 ()1 S B D L U -=-=1 20001100.50.511000100.50.5112000000.5---?????? ??????-=--?? ??????????--?? ???? 显然，其特征值为1230,0.5λλλ===-
故()0.51s B ρ=<，由定理知Seidel 迭代法收敛。 二、设线性方程组111211212222a a x b a a x b ?????? = ??? ??????? ，11220a a ≠， 112221120a a a a -≠。证明：解线性方程组的Jacobi 迭代法和Gauss-Seidel 迭代法同时收敛或不收敛。 证明： 121 1111 122221 21 22 0000 00J a a a a B a a a a -??- ?-???? ?== ? ? ?-????- ??? ()2 1221 1122det J a a I B a a λλ-=-，故( )J B λ= ( )J B ρ= 。 1211111 1221 2212211122000000S a a a a B a a a a a a -??- ?-???? ?== ? ? ????? ?? ?
解线性方程组
课程设计阶段性报告 班级：学号：姓名：申报等级： 题目：线性方程组求解 1.题目要求：输入是N（N<256）元线性方程组Ax=B，输出是方程组的解，也可能无解或有多组解。可以用高斯消去法求解，也可以采用其它方法。 2.设计内容描述：将线性方程组做成增广矩阵，对增广矩阵进行变换然后采用高斯消元法消去元素，从而得到上三角矩阵，再对得到的上三角矩阵进行回代操作，即可以得到方程组的解。 3.编译环境及子函数介绍：我使用Dev-C++环境编译的，调用uptrbk() FindMax()和ExchangeRow(),uptrbk是上三角变换函数，FindMax()用于找出列向量中绝对值最大项的标号，ExchangeRow()用于交换两行 4. 程序源代码： #include
//交换矩阵中的两行 void ExchangeRow(int p,int j,double *A,int N) { int i=0; double C=0.0; for(i=0;i 3 线性方程组 3、1 知识要点解析(关于线性方程组的常用表达形式) 3.1.1 基本概念 1、方程组1111221n 1211222 2n 2m11m22mn m x x b x x b x x b a a a a a a a a a +++=??+++=? *???++ +=? 称为含n 个未知量m 个方程的线性方程组, i)倘若12m b ,b ,....,b 不全为零,则该线性方程组称为非齐次线性方程组; ii)若12m b =b = =b 0=,则该线性方程组就就是齐次线性方程组, 这时,我们也把该方程组称为1111221n 1211222 2n 2m11m22mn m x x x x x x a a a a a a a a a ++ +=??+++=? ???++ +=?c c c 的导出组, (其中12m c ,c ,...c 不全为零) 2、记1111 1221 n m x b x b ,x ,b x b n m mn a a A a a ???? ?? ? ? ? ? ?== ? ? ? ? ? ??? ???? = 则线性方程组(*)又可以表示为矩阵形式 x b A =** 3、又若记 1j 2j j mj ,j 1,2, n a a a α?? ? ? == ? ? ??? 则上述方程游客一写成向量形式 1122n n x x x b. ααα++ +=***。 同时,为了方便,我们记(,b)A A =,称为线性方程组(*)的增广矩阵。 3.1.2 线性方程组解的判断 1、齐次线性方程组x 0A =,(n=线性方程组中未知量的个数 对于齐次线性方程组,它就是一定有解的(至少零就就是它的解), i)那么,当r n A =秩()=时,有唯一零解; ii)当r n A =秩()<时,又非零解,且线性无关解向量的个数为n-r 、 2、非齐次线性方程组x b A = ()<() ()=()=n, ()=()()=() 线性方程组练习题 §1 向量的线性关系 1．判断下列向量组是否线性无关： （1）????? ??-11 2，????? ??-840，????? ??-311； （2）??????? ??01014，??????? ??1521，??????? ??1202，?????? ? ??7024。 2．讨论下面向量组的线性相关性： ???????? ??12211，???????? ??-15120，???????? ??-141b a 。 3．设????? ??=1111a ，????? ??=3211a ，???? ? ??=t 311a 。 （1）问当t 为何值时，321,,a a a 线性相关？ （2）问当t 为何值时，321,,a a a 线性无关？ （3）当321,,a a a 线性相关时，问3a 是否可以由1a ，2a 线性表示？若能，写出具体表达式。 4．设有向量组 ??????? ??+=11111t a ，??????? ??+=22222t a ，??????? ??+=33333t a ，?????? ? ??+=t 44444a 。 问：（1）当t 为何值时，4321,,,a a a a 线性相关？ （2）当t 为何值时，4321,,,a a a a 线性无关？ 5．设321,,a a a 线性无关，问当参数l ，m 满足何种关系时，12a a -l ，23a a -m ，31a a -也线性无关？ 6．设m a a a ,,,21 线性无关，作 211a a b +=，322a a b +=，…，m m m a a b +=--11，1a a b +=m m 。 判别m b b b ,,,21 的线性相关性。 7．设21,a a 线性无关，b a b a ++21,线性相关，问b 能否由21,a a 线性表示？ 8．设321,,a a a 线性相关，432,,a a a 线性无关。问： （1）1a 能否由32,a a 线性表示； （2）4a 能否由321,,a a a 线性表示。 9．若T k k ),,0(2=b 能由T k )1,1,1(1+=a ，T k )1,1,1(2+=a ，T k )1,1,1(3+=a 唯一 《线性代数》第三章练习题 一、思考题 1、设有线性方程组b AX =，其中A 为n 阶方阵，j A 为A 中第j 列元素换为b 所得行列式的值，判断下列命题是否正确？ （1）若0≠A ，则b AX =有唯一解； （2）若0=A ，且至少有一)1(0n j A j ≤≤≠，则b AX =无解； （3）若0=A ，且),,2,1(0n j A j ==，则b AX =有无穷多解。 2、判断下列命题是否正确？其中A 为n m ?矩阵。 （1）非齐次线性方程组b AX =，当n m <时，有无穷多解；当n m =时，有唯一解；当n m >时，无解； （2）齐次线性方程组0=AX ，当n m <时，必有非零解； （3）非齐次线性方程组b AX =，当m A r =)(时，必相容。 3、设向量组4321,,,αααα线性无关，判断向量组14433221,,,αααααααα++++是否也线性无关。 4、判断下列命题是否正确？ （1）若向量组m ααα,,,21 线性相关，则存在全不为零的数m k k k ,,,21 ，使得 02211=+++m m k k k ααα ； （2）若向量组m ααα,,,21 线性相关，且有02211=+++m m k k k ααα ，则 m k k k ,,,21 必不全为零； (3)若当数021====m k k k 时，02211=+++m m k k k ααα ，则向量组m ααα,,,21 线性无关； （4）若02211=+++m m k k k ααα ，必有021====m k k k ，则向量组m ααα,,,21 线性无关； （5）向量β不能由m ααα,,,21 表示，则βααα,,,,21m 线性无关； （6）若向量组m ααα,,,21 线性无关，则其中每一个向量都不能表示成其余向量的线性组合； （7）若向量组m ααα,,,21 线性无关，向量组s βββ,,,21 线性无关，则向量组 m ααα,,,21 ，s βββ,,,21 线性无关。 二、单项选择题 1. 设321,,X X X 是b AX =的三个特解，则下列哪个也是b AX =的解 （ ） （A ）332211X k X k X k ++； （B ）332211X k X k X k ++，1321=++k k k ； （C ）321)(X X X k ++ ； （D ） 32211)(X k X X k +-。 2．设321,,ξξξ是0=AX 的一组基础解系，则下列哪组也是0=AX 的一基础解系（ ） （A ）133221,,,ξξξξξξ+-； （B ）312321,,ξξξξξξ++-； （C ） 13321,ξξξξξ-++ ； （D ） 3121,,ξξξξ- 。 3．设A 是n 阶矩阵，并且0=A ，则A 的列向量中 （ ） （A ）必有一个向量为零向量 ； （B)必有两个向量的对应分量成比例； （C ）必有一个向量是其余向量的线性组合 ； （D ）任一向量是其余向量的线性组合。 4．如果4),,,(21=m r ααα ，则下列正确的是 （ ） （A ）如果 m ααα,,,21 的一个部分组线性无关 ，则该部分组包含的向量个数一定不超过4； 七、线性变换习题课 1．复习线性变换的概念 例1 将C看成R上的线性空间，变换是线性的，看成C上的线性空间则不是。 证明：R上：有== 又 故A是R上线性空间C的线性变换。 C上：取及，有，而，故A不是C上线性空间C的线性变换。 由上例，变换A是否为线性变换与所讨论的数域有关。 2．利用运算的意义，运算律推证线性变换的等式，利用线性变换与n阶方阵代数同构解决有关问题。 例2设A,B是线性变换，如果证明： ，（k>0） 证明: 由已知,对k=1结论成立,故考虑用数学归纳法. 对k用归纳法.当k=1时结论成立. K=2时,由已知 =AB=(BA+E)A+A-BA2 =BA2+A+A-BA2=2A 结论成立. 设当k时结论成立,即,也即. 当k+1时, =ABA k+AkA k-1-BA k+1=(BA+E)A k+kA k-BA k+1 =BA k+1+A k+kA k-BA k+1=(k+1)A k 所以结论对k+1也成立,从而对一切k1成立. 例3设V是数域P上n维线性空间,证明:V的与全体线性变换交换的线性变换是数乘变换. 证明: 需要表达出线性变换,联系到某基下的矩阵. 设令A,B在某基下的矩阵分别为A,B. 因为,所以由得AB=BA.由的任意 性,也是任意的,从而存在某个k使得A=kE为数量阵(P.204,,于是为数量变换. 有了变换乘积,进一步可考虑可逆变换. 3. 系统小结可逆线性变换的的等价条件,并举例说明一些基本论证方法. A可逆10存在使=E. A是双射. A在基下的矩阵A可逆—有限维 例4 设是线性空间V的一组基,A是V上的线性变换,证明:可逆当且仅当线性无关. 证明:证法一: “”,,若=0,有B()=0,即=0,=0,即线性无关. “”线性无关, 因dimV=n,故使得 =A() 令使=() 易见,且,即 又任给设= 有()== 故,从A可逆. 证法二:利用双射 “” A是双射,则0==A() 得0=(0对应0) 故,线性无关. “”由dimV=n,V的任一向量可由唯一表示,即V中任一向量有唯一(要证明)原像(显然).故A是双射. 证法三:利用矩阵 A可逆A在下的矩阵A可逆 ()A也是一组基=n 线性无关 例5设,W1,W2是V的子空间,且,则可逆. 证明:由,有V,可设W1的一组基为, W2的一组 数值分析计算实习题 第5章解线性方程组的直接方法 【选题 列主元高斯消去法解线性方程组。 书上的计算实习题1、2、3都要求用列主元高斯消去法解线性方程组，所以考虑写一个普适的程序来实现。 对于线性方程组Ax二b,程序允许用户从文件读入矩阵数据或直接在屏幕输入数据。 文件输入格式要求: (1)第一行为一个整数n (2<=n<=100)，表示矩阵阶数。 (2)第2~n+l行为矩阵A各行列的值。 (3)第n+2~n+n+2行为矩阵b各行的值。 屏幕输入：按提示输入各个数据。 输出：A. b、det(A).列主元高斯消去计算过程、解向量X。 【算法说明】 设有线性方程组Ax=b,其中设A为非奇异矩阵。方程组的增广矩阵为 ?12 ?21 [Nb] = 第1步（k=l ）：首先在A的第一列中选取绝对值最大的元素?I,作为第一步的主元素: ?|| H0 然后交换（A, b）的第1行与第I行元素，再进行消元计算。 设列主元素消去法已经完成第1步到第k?l步的按列选主元，交换两行，消元计算得到与原方程组等价的方程组 A（k）x=b（k） 4? …4;) …唸) ? 忒 ? ? 輕 ■ [A.b]T[A ⑹,b")] = ??■ 咲■ ■ ■ ■ ■ * *■ 〃伏) ?? - % ■ 第k步计算如下: 对于 k=l, 2, ?…，0-1 （1）按列选主元：即确定t使 （2）如果tHk,则交换［A, b］第t行与第k行元素。（3）消元计算 5 4* J 叫=一鱼(=^ + 1,…,H) % 吗 <-?y + 〃如伽 (fJ = R + l,…/) b- <-勺+加汝仇， (i = /c + l,…,《) 消元乘数mik 满足: n (%-D 内) X1 < ------ -- ---- 9(j = ? 一 1,?一2■…J)tk M 1,(,=斤 +1, ???,?) fet e (4)回代求解 线性方程组单元练习题 1(96年，数学一，6分).?? ???=++=-+=++的基础解系求齐次方程组00054332152 1x x x x x x x x x 分析：求基础解系分三步：系数矩阵行变换到最简，写出通解方程组，自由变量取定值。 .10101,00011,10,01;0.,,235)(010001010010011~010001010010011~11100001111001121524 5 352152????? ?? ? ??--=???????? ??-=???? ?????? ??=??? ? ????? ??==--==-=-????? ??????? ??--????? ??-ξξ则基础解系为通解方程组为：自由变量为解：x x x x x x x x x x A R n 2.(98年，数学一，5分) ?? ?????=+++=+++=+++?? ?????=+++=+++=+++的通解，并说明理由 试写出线性方程组的一个基础解系为 已知线性方程组0 00)(;),,(,),,(,),,(000)(22,221122,222212122,12121112,212,222212,1121122,221122,222212122,1212111n n n n n n n n n T n n n n T n T n n n n n n n n n n y b y b y b y b y b y b y b y b y b B b b b b b b b b b x a x a x a x a x a x a x a x a x a A ΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛΛ T n n n n T n T n T T T T T T T a a a a a a a a a n B By A A AB BA AB B Ax B B B B A A ),,,(,),,,(,),,,()(0,0)(0 0)()(2,212,222212,11211ΛΛΛΛΛΘ个解的一组方程组的解。由此得到的每一行是的每一列即又满足的解，所以的每一列都是即的每一行。由于的系数矩阵为，的系数矩阵为解：设方程组=∴====, ,)(2)(A ,)()()(),,(,),,(,),,(2,212,222212,11211线性无关的行向量组即）的解的结构由（的基础解系，故是由于A n S R n A R n S R B R A b b b b b b b b b A A T n n n n T n T n =-===ΛΛΛΛΛ 解线性方程组例题及程序设4阶线性方程组为： 0.2368x0+0.2471x1+0.2568x2+1.2671x3=2.8471 0.1968x0+0.2071x1+1.2168x2+0.2271x3=2.7471 即 0.1581x0+1.1675x1+0.1768x2+0.1871x3=2.6471 1.1161x0+0.1254x1+0.1397x2+0.1490x3= 2.5471 求解{X0,X1,X2,X3 } 求解结果：x0=1.74455e+00, x1=1.59979e+00, x2=1.45807e+00, x3=1.31343e+00 主程序“lhj.c”为 #include 一，填空题 1 已知四维向量α，β满足3α+4β＝()2112T ，2α+3β＝()12 31T -，则向量α＝________，β＝_____ 2 有三维列向两组1α＝()100T ，()2110αT ＝，()3111αT ＝，()123βT ＝，且有112233βχαχαχα++＝，则123χχχ＝_____ ，＝_____，＝_____ 3.若向量组123,,ααα线性无关，则向量组122331,,αααααα+++是线性____。 4若n 个 n 维列向量线性无关，则由此n 个向量构成的矩阵必是______ 矩阵。 5若R )(1234,,,4αααα=，则向量组123,,ααα是线性________。 6若向量组)()()()( 12341,1,3,2,4,5,1,1,0,2,2,6,αααα===-=则此向量组的秩是______，一个极大无关组是______。 7已知向量组()()()1231,2,1,1,2,0,,0,0,4,5,2t ααα=-==--的秩为2，则t ＝____. 8已知方程组12312112323120x a x a x ????????????+=????????????-?????? 无解，则a ＝_____。 二，选择题 1.向量组()()()()12341,1,2,0,1,1,2,3,5,2,2,4αααα==-==的极大无关组为（ ） （A ）12,;αα （B ）13,;αα （C ）123,,;ααα （D ）23,;αα 2.若A ＝12421110λ?? ? ? ??? 为使矩阵A 的秩有最少值，则λ应为（ ） （A ）2； （B ）－1; (C)94; (D)12 ; 3. n 元齐次线性方程组AX=0有非零解时，它的每一个基础解系中所含解向量的个数等于（ ） （A ）R )(A -n ； （B ）)(R n A + （C ）)(n R -A ; (D))( n R +A 4.设123412342 34234355222χχχχχχχχχχχλ+-+=??+-+=??+-=? 当λ取（ ）时，方程组有解。 （A ）-12 (B) 12 (C)1- (D)1 第三章 矩阵的初等变换与线性方程组 3.4 独立作业 3.4.1 基础练习 1． 已知1210 1125 1-?? ? = ? ?-? ? A ，求()R A . 2. 设矩阵X 满足关系2=+A X A X ，其中4 231 1012 3?? ? = ? ?-?? A ，求X . 3. 设矩阵1012 1032 5?? ? = ? ?--? ? A ，求1()--E A . 4. A 是m n ?矩阵，齐次线性方程组0=A x 有非零解的充要条件是 . 5. 若非齐次线性方程组=A x b 中方程个数少于未知数个数，那么( ). (A) =A x b 必有无穷多解； (B) 0=A x 必有非零解； (C) 0=A x 仅有零解； (D) 0=A x 一定无解. 6. 若方程组 123232321 32(3)(4)(2)x x x x x x x λλλλλλ+-=-?? -=-??-=--+-? 有无穷多解，则λ= . 7．若12(1,0,2),(0,1,1)T T ==-αα都是线性方程组0=A x 的解，则=A ( ). (A)()2,1,1- (B)2010 1 1-??? ??? (C)1 020 1 1-?? ??-?? (D)0114 220 1 0-?? ??--?????? 8. 求解线性方程组 1234 234 124 2342344,3,331,73 3. x x x x x x x x x x x x x -+-=?? -+=-? ? +-=??-++=-? 3.4.2 提高练习 1. 设A 为5阶方阵，且()3R =A ，则*()R A = . 2. 设1231 232 3k k k -?? ? =-- ? ?-? ? A , 问k 为何值，可使 （1）()1R =A （2）()2R =A （3）()3R =A . 3. 设n 阶方阵A 的每行元素之和均为零，且()1R n =-A ，则线性方程组0=A x 的 通解为 . 4．设n 阶矩阵A 与B 等价，则必有（ ）. （A ）当(0)a a =≠A 时，a =B （B ）当(0)a a =≠A 时，a =-B （C ）当0≠A 时，0=B （D ）当0=A 时，0=B 5．设方程组1231111 1111 2a x a x a x ?????? ? ? ? = ? ? ? ? ? ?-? ????? 有无穷多个解，则a = . 6．设4阶方阵()()234234,,,,,,,,A B αγγγβγγγ==其中234,,,,αβγγγ均为4维列 向量，且已知行列式4,3,A B ==求行列式.A B + 线性代数习题［第三章］矩阵的初等变换与线 性方程组 习题3-1矩阵的初等变换及初等矩阵 3 2 1 3 1 5的逆矩阵. 3 2 3 4.设A 是n 阶可逆矩阵 将A 的第i 行与第j 行对换后得矩阵B . (1)证明B 可逆 ⑵求AB 1. 1?用初等行变换化矩阵A 1 0 2 1 2 0 3 1 为仃取简形 3 0 4 3 4 1 2 1 3 2 2 1 ,B= 2 2 ,求X 使AX B 3 1 1 3 1 3.设A 2?用初等变换求方阵A 习题3-2矩阵的秩1?求矩阵的秩: (1)A 1 2 3k 2.设A 1 2k 3问k为何值，可使 k 2 3 (1)R(A) 1 ； ⑵R(A) 2; ⑶ R(A) 3 qb o i 1,2, |||,n &1 b| &1 b? a? b| a?b? Ill III a n E a n b 2 a2b n III a n b n 3.从矩阵A中划去一行，得矩阵B,则R(A)与R(B)的关系是_______ a. R(A) R(B) b. R(A) R(B); c. R(B) R(A) 1 ; d. R(A) R(B) R(A) 1. 3 2 1 3 1 4.矩阵2 1 3 1 3 的秩R= 7 0 5 1 8 a.1; b. 2; c.: 3; d. 4. 1 a a a 5.设n(n 3)阶方阵 a A 1 a a 的秩R(A)=n-1,则 a a a a 1 a. 1; b. 1 ; c.—; d . 1 1 n n 1 6.设A为n阶方阵，且A2A,试证： R(A) R(A E) n 线性方程组解题方法技巧与题型归纳 题型一 线性方程组解的基本概念 【例题1】如果α1、α2是方程组1231312332312104 x x ax x x x ax x --=?? -=??-++=? 的两个不同的解向量，则a 的取值如何？ 解： 因为α1、α2是方程组的两个不同的解向量，故方程组有无穷多解，r(A)= r(Ab)＜3， 对增广矩阵进行初等行变换： 21131132 031022352104002314510a a a a a a a ----???? ? ? -→-- ? ? ? ?-----???? 易见仅当a=-2时，r(A)= r(Ab)=2＜3， 故知a=-2。 【例题2】设A 是秩为3的5×4矩阵， α1、α2、 α3是非齐次线性方程组Ax=b 的三个不同的解，若α1+α2+2α3=（2，0，0，0）T , 3α1+α2= （2，4，6，8）T ,求方程组Ax=b 的通解。 解:因为r(A)= 3，所以齐次线性方程组Ax=0的基础解系由4- r(A)= 1个向量构成， 又因为（α1+α2+2α3）-（3α1+α2） =2（α3-α1）=（0，-4，-6，-8）T , 是Ax=0的解， 即其基础解系可以是（0，2，3，4）T , 由A （α1+α2+2α3）=A α1+A α2+2A α3=4b 知1/4 （α1+α2+2α3）是Ax=b 的一个解， 故Ax=b 的通解是()1,0,0,00,2,3,42T T k ?? + ??? 【例题3】已知ξ1=（-9，1，2，11）T ，ξ2=（1，- 5，13，0）T ，ξ3=（-7，-9，24，11）T 是方程组 1223441 1223441 234432332494x a x x a x d x b x x b x x x x c x d +++=?? +++=??+++=?的三个解，求此方程组的通解。 分析：求Ax=b 的通解关键是求Ax=0的基础解系，判断r(A)的秩。 解：A 是3×4矩阵， r(A)≤3，由于A 中第2，3两行不成比例，故r(A)≥2，又因为 η1=ξ1-ξ2=（-10，6，-11，11）T , η2=ξ2-ξ3= (8,4,-11,-11)T 是Ax=0的两个线性无关的解向量， 于是4- r(A)≥2，因此r(A)=2，所以ξ1+k 1η1+k 2η2是通解。 总结： 不要花时间去求方程组，太繁琐，由于ξ1-ξ2，ξ1-ξ3或ξ3-ξ1，ξ3-ξ2等都可以构成齐次线性方程组的基础解系，ξ1，ξ2，ξ3都是特解，此类题答案不唯一。 3 线性方程组 3.1 知识要点解析(关于线性方程组的常用表达形式) 3.1.1 基本概念 1、方程组1111221n 1211222 2n 2m11m22mn m x x b x x b x x b a a a a a a a a a +++=??+++=?*? ??++ += ? 称为含n 个未知量m 个方程的线性方程组， i)倘若12m b ,b ,....,b 不全为零，则该线性方程组称为非齐次线性方程组； ii)若12m b =b = =b 0=，则该线性方程组就是齐次线性方程组， 这时，我们也把该方程组称为1111221n 1211222 2n 2m11m22mn m x x x x x x a a a a a a a a a ++ +=??+++=?? ??++ += ?c c c 的导出组， （其中12m c ,c ,...c 不全为零） 2、记1111 1221 n m x b x b ,x ,b x b n m mn a a A a a ???? ?? ? ? ? ? ?== ? ? ? ? ? ??? ???? = 则线性方程组（*）又可以表示为矩阵形式 x b A =** 3、又若记 1j 2j j mj ,j 1,2,n a a a α?? ? ?== ? ? ??? 则上述方程游客一写成向量形式 1122 n n x x x b.ααα+++=*** 。 同时，为了方便，我们记(,b)A A =，称为线性方程组（*）的增广矩阵。 3.1.2 线性方程组解的判断 1、齐次线性方程组x 0A =，（n=线性方程组中未知量的个数 对于齐次线性方程组，它是一定有解的（至少零就是它的解）， i)那么，当r n A =秩()=时，有唯一零解； ii)当r n A =秩()<时，又非零解，且线性无关解向量的个数为n-r. 2、非齐次线性方程组x b A = ()<() ()= ()=n , ()=()()=()3线性方程组典型习题解析
线性方程组练习题
线性方程组练习题(免费下载)
七、线性变换习题课
数值分析计算实习题列主元高斯消去法解线性方程组
(完整版)线性方程组单元练习题
解线性方程组例题
《线性代数》线性方程组部分练习题
矩阵的初等变换与线性方程组练习题
线性代数习题矩阵的初等变换与线性方程组讲课讲稿
线性方程组解题方法技巧与题型归纳
3线性方程组典型习题解析