kaoyan3basic 线性代数 第378题

教材习题

📝 题目

### 第378题 378 (2012,数一、二、三)设 $\boldsymbol{\alpha}_{1}=\left[\begin{array}{l}0 \\ 0 \\ c_{1}\end{array}\right], \boldsymbol{\alpha}_{2}=\left[\begin{array}{l}0 \\ 1 \\ c_{2}\end{array}\right], \boldsymbol{\alpha}_{3}=\left[\begin{array}{c}1 \\ -1 \\ c_{3}\end{array}\right], \boldsymbol{\alpha}_{4}=\left[\begin{array}{c}-1 \\ 1 \\ c_{4}\end{array}\right]$ ,其中 $c_{1}, c_{2}$ , $c_{3}, c_{4}$ 为任意常数,则下列向量组线性相关的是 (A) $\boldsymbol{\alpha}_{1}, \boldsymbol{\alpha}_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{3}$. (B) $\boldsymbol{\alpha}_{1}, \boldsymbol{\alpha}_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{4}$. (C) $\boldsymbol{\alpha}_{1}, \boldsymbol{\alpha}_{3}, \boldsymbol{\alpha}_{4}$ . (D) $\boldsymbol{\alpha}_{2}, \boldsymbol{\alpha}_{3}, \boldsymbol{\alpha}_{4}$.

💡 答案解析

**答案**:C **解析**: 步骤1:观察$\alpha_3=(1,-1,c_3)^T$与$\alpha_4=(-1,1,c_4)^T$,前两个分量成比例$(1,-1)$与$(-1,1)$互为相反数。 步骤2:$\alpha_1=(0,0,c_1)^T$,则$\alpha_1,\alpha_3,\alpha_4$中,$\alpha_3+\alpha_4=(0,0,c_3+c_4)^T$,与$\alpha_1$可能线性相关。实际上,存在不全为零的系数使$1\cdot\alpha_3+1\cdot\alpha_4+0\cdot\alpha_1=0$?不对,需具体分析:取$k_1=0,k_3=1,k_4=1$得$\alpha_3+\alpha_4=(0,0,c_3+c_4)$,若$c_3+c_4\neq0$则非零,但前两个分量已为零,故$\alpha_1,\alpha_3,\alpha_4$线性相关(因$\alpha_3+\alpha_4$与$\alpha_1$成比例)。 **难度**:★★★☆☆

📋 详细解题步骤

步骤 1/4
目标:分析向量组线性相关性的条件
线性相关意味着存在不全为零的系数使得线性组合为零。对于三维向量,三个向量线性相关当且仅当它们共面(即其中一个可由另两个线性表示)。
提示:注意观察向量分量之间的比例关系。
步骤 2/4
目标:观察各向量特点
α1=(0,0,c1)^T,α2=(0,1,c2)^T,α3=(1,-1,c3)^T,α4=(-1,1,c4)^T。α3与α4的前两个分量互为相反数,即α3+α4=(0,0,c3+c4)^T,与α1同方向。
公式:α3+α4 = (0,0,c3+c4)^T
提示:α3和α4的前两个分量线性相关。
步骤 3/4
目标:判断选项C:α1, α3, α4
考虑线性组合:1·α3 + 1·α4 + 0·α1 = (0,0,c3+c4)^T。若c3+c4=0,则组合为零向量,系数不全为零,线性相关;若c3+c4≠0,则组合为非零向量,但该向量与α1成比例,即存在k使得(0,0,c3+c4)=k·α1,取k=(c3+c4)/c1(c1≠0时),或若c1=0则α1为零向量,直接线性相关。总之,无论c1,c3,c4取何值,α1,α3,α4总是线性相关。
公式:α3+α4与α1共线
提示:注意c1可能为零,但零向量与任何向量组线性相关。
步骤 4/4
目标:验证其他选项不恒线性相关
对于选项A、B、D,可以取特定常数使得向量组线性无关。例如,取c1=1,c2=0,c3=0,c4=0,则α1=(0,0,1),α2=(0,1,0),α3=(1,-1,0),α4=(-1,1,0)。此时α1,α2,α3线性无关(行列式非零),α1,α2,α4线性无关,α2,α3,α4线性无关(α3与α4成比例但α2独立,整体无关)。因此只有C恒相关。
提示:通过反例排除其他选项。

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