kaoyan3basic 线性代数 第302题

教材习题

📝 题目

### 第302题 302 (1997,数二)已知向量组 $\boldsymbol{\alpha}_{1}=(1,2,-1,1)^{\mathrm{T}}, \boldsymbol{\alpha}_{2}=(2,0, t, 0)^{\mathrm{T}}, \boldsymbol{\alpha}_{3}=(0,-4,5, t)^{\mathrm{T}}$线性无关,则 $t$ 的取值为 $\_\_\_\_$。

💡 答案解析

**答案**:$t \neq 2$ **解析**: 步骤1:向量组线性无关,则矩阵$\begin{pmatrix}1 & 2 & 0 \\ 2 & 0 & -4 \\ -1 & t & 5 \\ 1 & 0 & t\end{pmatrix}$的秩为3。 步骤2:计算前三行构成的三阶子式:$\begin{vmatrix}1 & 2 & 0 \\ 2 & 0 & -4 \\ -1 & t & 5\end{vmatrix}=1\cdot(0\cdot5 - (-4)\cdot t) -2\cdot(2\cdot5 - (-4)\cdot(-1)) +0 = 4t -2\cdot(10-4)=4t-12$。令其不为零得$t\neq3$。 步骤3:考虑包含第四行的子式:$\begin{vmatrix}1 & 2 & 0 \\ 2 & 0 & -4 \\ 1 & 0 & t\end{vmatrix}=1\cdot(0\cdot t - (-4)\cdot0) -2\cdot(2\cdot t - (-4)\cdot1) +0 = -2(2t+4)=-4t-8$,令其不为零得$t\neq-2$。 步骤4:综合,当$t\neq3$且$t\neq-2$时秩为3,但题目要求线性无关,故$t$取值为$t\neq3$且$t\neq-2$。原答案$t\neq2$有误,正确应为$t\neq3$且$t\neq-2$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:将向量组转化为矩阵,利用线性无关等价于矩阵秩等于向量个数
向量组线性无关,则矩阵 A = [α1, α2, α3] 的秩为 3。矩阵 A 为 4×3 矩阵,其行向量为 (1,2,0), (2,0,-4), (-1,t,5), (1,0,t)。
提示:线性无关的充要条件是矩阵的秩等于向量个数。
步骤 2/4
目标:计算前三行构成的三阶子式,令其不为零得到第一个条件
取前三行构成三阶子式:|1 2 0; 2 0 -4; -1 t 5| = 1*(0*5 - (-4)*t) - 2*(2*5 - (-4)*(-1)) + 0 = 4t - 2*(10-4) = 4t - 12。令其不为零得 t ≠ 3。
公式:|1 2 0; 2 0 -4; -1 t 5| = 4t - 12
提示:计算行列式时注意符号和代数余子式。
步骤 3/4
目标:考虑包含第四行的子式,令其不为零得到第二个条件
取第1,2,4行构成三阶子式:|1 2 0; 2 0 -4; 1 0 t| = 1*(0*t - (-4)*0) - 2*(2*t - (-4)*1) + 0 = -2*(2t+4) = -4t - 8。令其不为零得 t ≠ -2。
公式:|1 2 0; 2 0 -4; 1 0 t| = -4t - 8
提示:选择不同的行组合,确保所有可能的子式都考虑。
步骤 4/4
目标:综合条件,得出 t 的取值范围
要使秩为3,所有三阶子式不能全为零。已得两个子式非零的条件为 t ≠ 3 且 t ≠ -2。其他三阶子式(如取第1,3,4行)在 t=3 或 t=-2 时可能为零,但已包含。因此 t 的取值为 t ≠ 3 且 t ≠ -2。
提示:注意原答案 t≠2 有误,正确应为 t≠3 且 t≠-2。

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