初级微积分 示例

求矩阵零空间的底数和维数
[-36-11-71-223-12-458-4]361171223124584
解题步骤 1
写成 Ax=0Ax=0 的增广矩阵。
[-36-11-701-223-102-458-40]⎢ ⎢361170122310245840⎥ ⎥
解题步骤 2
求行简化阶梯形矩阵。
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解题步骤 2.1
R1R1 的每个元素乘以 -1313,使 1,11,1 的项为 11
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解题步骤 2.1.1
R1R1 的每个元素乘以 -1313,使 1,11,1 的项为 11
[-13-3-136-13-1-131-13-7-1301-223-102-458-40]⎢ ⎢133136131131137130122310245840⎥ ⎥
解题步骤 2.1.2
化简 R1R1
[1-213-137301-223-102-458-40]⎢ ⎢121313730122310245840⎥ ⎥
[1-213-137301-223-102-458-40]
解题步骤 2.2
执行行操作 R2=R2-R1 使 2,1 处的项为 0
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解题步骤 2.2.1
执行行操作 R2=R2-R1 使 2,1 处的项为 0
[1-213-137301-1-2+22-133+13-1-730-02-458-40]
解题步骤 2.2.2
化简 R2
[1-213-137300053103-10302-458-40]
[1-213-137300053103-10302-458-40]
解题步骤 2.3
执行行操作 R3=R3-2R1 使 3,1 处的项为 0
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解题步骤 2.3.1
执行行操作 R3=R3-2R1 使 3,1 处的项为 0
[1-213-137300053103-10302-21-4-2-25-2(13)8-2(-13)-4-2(73)0-20]
解题步骤 2.3.2
化简 R3
[1-213-137300053103-103000133263-2630]
[1-213-137300053103-103000133263-2630]
解题步骤 2.4
R2 的每个元素乘以 35,使 2,3 的项为 1
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解题步骤 2.4.1
R2 的每个元素乘以 35,使 2,3 的项为 1
[1-213-1373035035035533510335(-103)35000133263-2630]
解题步骤 2.4.2
化简 R2
[1-213-137300012-2000133263-2630]
[1-213-137300012-2000133263-2630]
解题步骤 2.5
执行行操作 R3=R3-133R2 使 3,3 处的项为 0
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解题步骤 2.5.1
执行行操作 R3=R3-133R2 使 3,3 处的项为 0
[1-213-137300012-200-13300-1330133-1331263-1332-263-133-20-1330]
解题步骤 2.5.2
化简 R3
[1-213-137300012-20000000]
[1-213-137300012-20000000]
解题步骤 2.6
执行行操作 R1=R1-13R2 使 1,3 处的项为 0
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解题步骤 2.6.1
执行行操作 R1=R1-13R2 使 1,3 处的项为 0
[1-130-2-13013-131-13-13273-13-20-1300012-20000000]
解题步骤 2.6.2
化简 R1
[1-20-1300012-20000000]
[1-20-1300012-20000000]
[1-20-1300012-20000000]
解题步骤 3
使用结果矩阵定义方程组的最终解。
x1-2x2-x4+3x5=0
x3+2x4-2x5=0
0=0
解题步骤 4
通过对每一行中的自由变量进行求解,书写一个解向量。
[x1x2x3x4x5]=[2x2+x4-3x5x2-2x4+2x5x4x5]
解题步骤 5
把解写成向量的线性组合。
[x1x2x3x4x5]=x2[21000]+x4[10-210]+x5[-30201]
解题步骤 6
写成解集。
{x2[21000]+x4[10-210]+x5[-30201]|x2,x4,x5R}
解题步骤 7
解为通过方程组自由变量创建的向量集合。
{[21000],[10-210],[-30201]}
解题步骤 8
检查这些向量是否线性无关。
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解题步骤 8.1
列出向量。
[21000],[10-210],[-30201]
解题步骤 8.2
将向量写成矩阵。
[21-31000-22010001]
解题步骤 8.3
要确定矩阵中的列是否线性相关,请确定方程 Ax=0 是否存在任何非平凡解。
解题步骤 8.4
写成 Ax=0 的增广矩阵。
[21-3010000-22001000010]
解题步骤 8.5
求行简化阶梯形矩阵。
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解题步骤 8.5.1
R1 的每个元素乘以 12,使 1,1 的项为 1
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解题步骤 8.5.1.1
R1 的每个元素乘以 12,使 1,1 的项为 1
[2212-320210000-22001000010]
解题步骤 8.5.1.2
化简 R1
[112-32010000-22001000010]
[112-32010000-22001000010]
解题步骤 8.5.2
执行行操作 R2=R2-R1 使 2,1 处的项为 0
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解题步骤 8.5.2.1
执行行操作 R2=R2-R1 使 2,1 处的项为 0
[112-3201-10-120+320-00-22001000010]
解题步骤 8.5.2.2
化简 R2
[112-3200-123200-22001000010]
[112-3200-123200-22001000010]
解题步骤 8.5.3
R2 的每个元素乘以 -2,使 2,2 的项为 1
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解题步骤 8.5.3.1
R2 的每个元素乘以 -2,使 2,2 的项为 1
[112-320-20-2(-12)-2(32)-200-22001000010]
解题步骤 8.5.3.2
化简 R2
[112-32001-300-22001000010]
[112-32001-300-22001000010]
解题步骤 8.5.4
执行行操作 R3=R3+2R2 使 3,2 处的项为 0
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解题步骤 8.5.4.1
执行行操作 R3=R3+2R2 使 3,2 处的项为 0
[112-32001-300+20-2+212+2-30+2001000010]
解题步骤 8.5.4.2
化简 R3
[112-32001-3000-4001000010]
[112-32001-3000-4001000010]
解题步骤 8.5.5
执行行操作 R4=R4-R2 使 4,2 处的项为 0
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解题步骤 8.5.5.1
执行行操作 R4=R4-R2 使 4,2 处的项为 0
[112-32001-3000-400-01-10+30-00010]
解题步骤 8.5.5.2
化简 R4
[112-32001-3000-4000300010]
[112-32001-3000-4000300010]
解题步骤 8.5.6
R3 的每个元素乘以 -14,使 3,3 的项为 1
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解题步骤 8.5.6.1
R3 的每个元素乘以 -14,使 3,3 的项为 1
[112-32001-30-140-140-14-4-14000300010]
解题步骤 8.5.6.2
化简 R3
[112-32001-30001000300010]
[112-32001-30001000300010]
解题步骤 8.5.7
执行行操作 R4=R4-3R3 使 4,3 处的项为 0
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解题步骤 8.5.7.1
执行行操作 R4=R4-3R3 使 4,3 处的项为 0
[112-32001-3000100-300-303-310-300010]
解题步骤 8.5.7.2
化简 R4
[112-32001-30001000000010]
[112-32001-30001000000010]
解题步骤 8.5.8
执行行操作 R5=R5-R3 使 5,3 处的项为 0
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解题步骤 8.5.8.1
执行行操作 R5=R5-R3 使 5,3 处的项为 0
[112-32001-30001000000-00-01-10-0]
解题步骤 8.5.8.2
化简 R5
[112-32001-30001000000000]
[112-32001-30001000000000]
解题步骤 8.5.9
执行行操作 R2=R2+3R3 使 2,3 处的项为 0
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解题步骤 8.5.9.1
执行行操作 R2=R2+3R3 使 2,3 处的项为 0
[112-3200+301+30-3+310+30001000000000]
解题步骤 8.5.9.2
化简 R2
[112-3200100001000000000]
[112-3200100001000000000]
解题步骤 8.5.10
执行行操作 R1=R1+32R3 使 1,3 处的项为 0
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解题步骤 8.5.10.1
执行行操作 R1=R1+32R3 使 1,3 处的项为 0
[1+32012+320-32+3210+3200100001000000000]
解题步骤 8.5.10.2
化简 R1
[112000100001000000000]
[112000100001000000000]
解题步骤 8.5.11
执行行操作 R1=R1-12R2 使 1,2 处的项为 0
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解题步骤 8.5.11.1
执行行操作 R1=R1-12R2 使 1,2 处的项为 0
[1-12012-1210-1200-1200100001000000000]
解题步骤 8.5.11.2
化简 R1
[10000100001000000000]
[10000100001000000000]
[10000100001000000000]
解题步骤 8.6
删除全为零的行。
[100001000010]
解题步骤 8.7
把矩阵写成线性方程组。
x=0
y=0
z=0
解题步骤 8.8
由于 Ax=0 的唯一解是平凡解,向量是线性无关的。
线性无关
线性无关
解题步骤 9
由于这些向量线性无关,它们形成了矩阵的零空间的底数。
Nul(A) 的底数:Nul(A)
Nul(A) 的维数:3
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