kaoyan3basic 线性代数 第305题

教材习题

📝 题目

### 第305题 305 已知 $\boldsymbol{\alpha}_{1}, \boldsymbol{\alpha}_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{3}$ 线性无关,若 $\boldsymbol{\alpha}_{1}-3 \boldsymbol{\alpha}_{3}, a \boldsymbol{\alpha}_{1}+\boldsymbol{\alpha}_{2}+2 \boldsymbol{\alpha}_{3}, 2 \boldsymbol{\alpha}_{1}+3 \boldsymbol{\alpha}_{2}+\boldsymbol{\alpha}_{3}$ 亦线性无关,则 $a$ 的取值为 $\_\_\_\_$ . □

💡 答案解析

**答案**:$a \neq 2$ **解析**: 步骤1:设$\boldsymbol{\beta}_1=\boldsymbol{\alpha}_1-3\boldsymbol{\alpha}_3$,$\boldsymbol{\beta}_2=a\boldsymbol{\alpha}_1+\boldsymbol{\alpha}_2+2\boldsymbol{\alpha}_3$,$\boldsymbol{\beta}_3=2\boldsymbol{\alpha}_1+3\boldsymbol{\alpha}_2+\boldsymbol{\alpha}_3$。线性无关则系数矩阵行列式非零。 步骤2:系数矩阵$\begin{pmatrix}1 & a & 2 \\ 0 & 1 & 3 \\ -3 & 2 & 1\end{pmatrix}$,行列式$=1\cdot(1\cdot1-3\cdot2) - a\cdot(0\cdot1-3\cdot(-3)) + 2\cdot(0\cdot2-1\cdot(-3)) = (1-6) - a\cdot(0+9) + 2\cdot(0+3) = -5 -9a +6 = 1-9a$。 步骤3:令$1-9a \neq 0$,得$\displaystyle a \neq \frac{1}{9}$。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/3
目标:将向量组线性无关问题转化为系数矩阵行列式非零
设 β1 = α1 - 3α3, β2 = aα1 + α2 + 2α3, β3 = 2α1 + 3α2 + α3。由于 α1, α2, α3 线性无关,β1, β2, β3 线性无关当且仅当系数矩阵的行列式不为0。系数矩阵为 (β1, β2, β3) 在基 (α1, α2, α3) 下的坐标矩阵:第一列 (1,0,-3)^T,第二列 (a,1,2)^T,第三列 (2,3,1)^T。
提示:注意坐标矩阵的列对应每个β在α基下的坐标。
步骤 2/3
目标:计算系数矩阵的行列式
计算行列式 |A| = |1 a 2; 0 1 3; -3 2 1|。按第一行展开:= 1*(1*1 - 3*2) - a*(0*1 - 3*(-3)) + 2*(0*2 - 1*(-3)) = 1*(1-6) - a*(0+9) + 2*(0+3) = -5 -9a +6 = 1-9a。
公式:|A| = 1-9a
提示:展开时注意符号,代数余子式符号为(-1)^(i+j)。
步骤 3/3
目标:由线性无关条件得到a的取值范围
β1, β2, β3 线性无关等价于 |A| ≠ 0,即 1-9a ≠ 0,解得 a ≠ 1/9。
公式:1-9a ≠ 0 ⇒ a ≠ 1/9
提示:注意题目中给出的答案a≠2是错误的,正确应为a≠1/9。

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