从角度2(多个列向量的线性组合): 三个列向量线性无关,它们张成整个三维空间,则方程一定有唯一解(将三个列向量视为”基“,那么任意向量在该坐标系下的”坐标“是唯一的); 三个列向量线性相关,方程可能无解:它们只能张成一个平面/一条线,一旦向量
v
\boldsymbol v
v没有落在它们的张成空间内,方程无解
从角度3(向量的线性变换):
d
e
t
(
A
)
≠
0
det(\mathbf A)\neq 0
det(A)=0,矩阵
A
\mathbf A
A为可逆矩阵/非奇异矩阵,对应同维度下的线性变换,因此给出变换后的向量,则变换前的向量唯一确定
d
e
t
(
A
)
=
0
det(\mathbf A)=0
det(A)=0,矩阵
A
\mathbf A
A为不可逆矩阵/奇异矩阵,方程可能无解:矩阵对应降维的线性变换,因此一旦列空间(变换后新的基向量所张成的空间)不包含向量
v
\boldsymbol v
v,方程无解
对于齐次线性方程组
A
x
=
0
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol 0
Ax=0
零空间/解空间:线性方程组
A
x
=
0
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol 0
Ax=0全体解向量的集合 (有唯一零解时,解空间就是一个点; 解不唯一/有非零解时,系数矩阵对应降维变换,解空间为一条线/一个平面) 基础解系:解空间中的一组基(其中的基向量可以张成整个解空间)
对于n元齐次线性方程组(系数矩阵
A
\mathbf A
A有n列): ①若
R
a
n
k
(
A
)
=
n
Rank(\mathbf A)=n
Rank(A)=n,有唯一零解 ②若
R
a
n
k
(
A
)
<
n
Rank(\mathbf A)Rank(A)<n,则矩阵对应降维变换,则方程组解空间维度>0(解不唯一/有非零解),且解空间的维度(基础解系中所含的基向量的个数)为
n
−
R
a
n
k
(
A
)
n-Rank(\mathbf A)
n−Rank(A),且方程的通解(无穷个可能的解)可以由基础解系线性表出
齐次线性方程组
对于齐次线性方程组
A
x
=
b
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol b
Ax=b
核心在于:
A
x
=
b
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol b
Ax=b的一个解 +
A
x
=
0
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol 0
Ax=0的一个解 =
A
x
=
b
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol b
Ax=b的一个解 其暗含的意思是: ①若
R
a
n
k
(
A
)
=
n
Rank(\mathbf A)=n
Rank(A)=n,那么
A
x
=
0
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol 0
Ax=0有唯一零解,则
A
x
=
b
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol b
Ax=b也只有唯一解 ②若
R
a
n
k
(
A
)
<
n
Rank(\mathbf A)Rank(A)<n,则矩阵对应降维变换,那么
A
x
=
0
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol 0
Ax=0有解空间(维度大于零,无穷个非零解),进而
A
x
=
b
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol b
Ax=b的通解=
A
x
=
b
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol b
Ax=b的一个特解 +
A
x
=
0
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol 0
Ax=0的基础解系的任意线性组合
注意使用前提:适用于变量和方程数目相等的线性方程组(系数矩阵为方阵) 克拉默法则在使用时并不实用,但提供了另一种思想,本质是通过逆矩阵来求解:
x
⃗
=
A
−
1
v
⃗
\vec x=\mathbf A^{-1}\vec v
x=A−1v
对于线性方程组
A
x
=
v
\mathbf A \boldsymbol x=\boldsymbol v
Ax=v
当
d
e
t
(
A
)
≠
0
det(\mathbf A)\neq 0
det(A)=0时,方程组有唯一解
(
D
1
D
,
D
2
D
,
.
.
.
,
D
n
D
)
(\frac{D_1}{D},\frac{D_2}{D},...,\frac{D_n}{D})
(DD1,DD2,...,DDn),其中
D
=
d
e
t
(
A
)
,
D
j
=
d
e
t
(
A
中第
j
列换成常数列
v
,其他元素不变
)
D=det(\mathbf A),D_j=det(\mathbf A中第j列换成常数列\boldsymbol v,其他元素不变)
D=det(A),Dj=det(A中第j列换成常数列v,其他元素不变) 意义:
A
\mathbf A
A是非奇异矩阵/可逆矩阵,对应同维度下的线性变换,因此给出变换后的向量,则变换前的向量唯一确定 特别的,对齐次线性方程组(
v
\boldsymbol v
v为零向量),这个唯一解就是零解
当
d
e
t
(
A
)
=
0
det(\mathbf A)=0
det(A)=0时,方程组有无穷解 意义:
A
\mathbf A
A的变换导致维度压缩,则解空间就不止一个向量了,可能是一条线/一个平面 特别的,对齐次线性方程组,说明有非零解(不只有唯一的那个零解)