线性代数 2 —— 线性相关的等价命题及一些推论

线性代数 2 —— 线性相关的等价命题与其相关的一些推论

线性相关的等价命题

向量组α1,α2,…,αm是线性相关的 <==> 向量组α1,α2,…,αm中至少有一个向量可由其他向量线性表出。

首先证明左边可推出右边:
若向量组α1,α2,…,αm是线性相关的,则存在m个不全为0的实数k1,k2,…,km,使得 k1α1+k2α2+k3α3+···+kmαm=0成立;
假设是km≠0,则等式两边同时÷km,可得到:
(k1/km)α1 + (k2/km)α2 + (k3/km) α3 + ··· + αm = 0;
移项,得:
αm = - (k1/km) α1 - (k2/km) α2 - ··· - (km-1/km) αm-1;
结论:即αm可由剩下的m-1个向量线性表出
结论:即若有向量组是线性相关的,则一定至少有一个向量可以由剩下的向量线性表出
再证明右边可推出左边:
假设 αm 可以由α1,α2,···,αm-1 线性表出,即有:
am = k1α1 + k2α2 + ··· + km-1αm-1 ;
上式移项,得:
k1α1 + k2α2 + ··· + km-1αm-1 - αm = 0;
∵ 存在 k 个不全为 0 的实数,k1,k2,···,km-1,-1,使得
k1α1 + k2α2 + ··· + km-1αm-1 + kmαm = 0 成立 (km=-1)
∴ 向量组α1,α2,···,αm-1,αm 是线性相关的
结论:若向量组α1,α2,···,αm中至少有一个向量可由其它向量线性表出,则该向量组是线性相关的

线性无关的等价命题

由线性相关的等价命题及相关证明,可以得出线性无关的等价命题:
向量组α1,α2,···,αm线性无关 <==> 任何一个向量αx都无法由剩下的向量线性表出

其它命题1

若向量组α1,α2,···,αm线性无关,而α1,α2,···,αm,β是线性相关的,则β可由α1,α2,···,αm线性表出,且是惟一表出。

证明:
已知 α1,α2,···,αm,β是线性相关的,则存在m+1个不全为0的实数k1,k2,···,km,km+1,
使得 k1α1 + k2α2 + ··· + kmαm + km+1β = 0 成立;
且 km+1 ≠ 0 ;
若 km+1 = 0,则上述条件可表述为 : 存在m个不全为0的实数k1,k2,···,km
使得 k1α1 + k2α2 + ··· + kmαm = 0 成立;则说明,若km+1 = 0,则可推出 α1,α2,···,αm 是线性相关的。与题设矛盾
故km+1 ≠ 0 ;

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