Ax b的可解性 解的結構(Lec8)

2021-08-17 05:11:31 字數 1536 閱讀 4968

1.先求非齊次解的乙個特解x_p

(particular solution,有別於lec7中的特解,實際上lec7中的special solution是指a的基礎解系

2.再求矩陣a的零空間n(a)/求方程的

齊次通解

/求ax=0的解: x_n

3.ax=b的通解為: x = x_p + x_n

然而,ax=b的解們並不構成乙個空間,雖然其含有乙個空間的成分(來自於x_n,齊次通解部分是乙個空間)

ax=b的解是乙個空間加上乙個向量(x_p)

設a為m*n矩陣,秩為r,則

1.當a列滿秩(r=n<=m)

此時a化為rref形矩陣r後,具有如下形式:

\begini\\o \end

則a(或者r)的每列都有主元,即每列都是主列,每個變數都是主變數,則自由變數個數為n-r=n-n=0

也就是說,此時方程的對應齊次方程的解就是零向量(只有0倍的a的列的線性組合才能得到零向量),也即a的null space n(a)就是零空間(zero space)z(僅含有零向量的空間)

則x_particular本身就是非齊次解的所有解(唯一解)x_(如果該ax=b可解)

expl1.給定a:

\begin1 &3 \\ 2 & 1\\ 6 & 1\\ 5 &1 \end

其列滿秩,則零空間只有乙個零向量;

例如其b=(4,3,7,6),ax=b的特解為x_p=(1,1)

則ax=b的解(唯一解)就是(1,1)

2. 當a行滿秩(r=m<=n)

此時a化為rref形矩陣r後具有如下形式:

\begini&f\end

(實際上並非所有的主列都位於r的最左邊,也即i會和f的某些列混在一起)

則a(或者r)沒有零行:根據ax=b的可解條件的第二個,我們對於任何的b,ax=b都有解,也即a行滿秩時候,對b沒有要求,

但是有一些行是自由列,因而自由變數個數為n-r=n-m

也即a的零空間n(a)

expl2. 給定a(實際是expl1中矩陣的轉置):

\begin1&2&6&5 \\ 3&1&1&1\end

其秩為2,自由變數個數為n-r=4-2=2

此時a化為rref形矩陣r後具有如下形式:

\begin1&0&?&?\\0&1&?&?\end

右邊兩個問號列就是自由列,

也就是說ax=b的齊次通解、a的零空間是個2維的子空間,零空間矩陣n=[-f;i]的列為零空間的基礎解析 (參見lec7)

3.當a為可逆(滿秩)方陣(r=m=n)

此時a不僅行滿秩還列滿秩,還是方陣,還是可逆的

若將a化為rref,一定為單位矩陣i

4. (一般情況)a不滿秩(r

此時a化為rref,會有:

\begini&f\\o&o\end

結論:要麼無解,要麼無窮多解

線性代數導論8 求解Ax b 可解性和解的結構

第八課時 求解ax b 可解性和解的結構 本課時的目標是ax b,可能有解,也可能無解,需要通過需要消元才知道,有解的話是唯一解還是很多解。繼續用上課時的例子。注意到,方程組中,第三行是第一行和第二行的和。如果方程組有解,b1 b2 b3需要滿足什麼條件?必須滿足b3 b1 b2。消元告訴我們,這是...

方程組的可解性 和 解的結構

對於 ax bax b ax b a 是 m n m times n m n 矩陣,r rr 表示矩陣 a aa 的秩,即線性無關的方程個數 如果 r m n r m n r m n,即 滿秩的情況下,矩陣a aa是可逆的,有且僅有乙個解,矩陣 a 的簡化行階梯形式 r 為 單位矩陣 i。如果 r ...

馬爾可夫方程的解

首先馬爾可夫方程是這樣乙個方程 其中x,y,z為正整數。那麼關於它有幾個結論 1 它有無窮多組解。2 如果x a,y b,z c是它的一組解,那麼x a,y b,z 3ab c是它的另一組解。3 它的每一組解都能從x 1,y 1,z 1這組解開始通過 2 中的結論迭代產生。在此方程解中出現的數稱為馬...