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
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