线性代数教案第四章 线性方程组_线性代数第四章教案

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第四章：线性方程组

一、本章的教学目标及基本要求

所谓线性方程组,其形式为

a11x1a12x2a1nxnb1,axaxaxb,2112222nn2(4.0.1)    am1x1am2x2amnxnbm.其中x1,,xn代表n个未知量,m是方程个数,aij(i1,,m；j1,,n)被称为方程组的系数,bi(i1,,m)是常数项.方程组中未知量个数n与方程个数m不一定相等.系数aij的第一个角标i表示它在第i个方程,第二个角标j表示它是未知量xj的系数.因为未知量的幂次是1,故称为线性方程组.如果知道了一个线性方程组的全部系数和常数项,这个线性方程组就确定了.确切地说,线性方程组(4.0.1)可以用下列矩阵来表示:

a11a21am1a12a22a1na2nam2amnb1b2(4.0.2)bm实际上,给定矩阵(4.0.2),除去代表未知量的字母外,线性方程组(4.0.1)就确定了,而采用什么字母来代表未知量是无关紧要的.以后如无特别声明,类似(4.0.2)的矩阵就被看做一个线性方程组.对于线性方程组(4.0.1),设A[aij]mn,x(x1,,xn)T,b(b1,,bm)T,由矩阵乘法的定义知,它可被表为

Axb.(4.0.3)

当mn,A是一个n阶方阵.若detA0,它存在唯一解,可用克莱姆法则求得.若detA0,或mn,方程组(4.0.3)在什么条件下有解；如果有解,解是否唯一；如果解不唯一而且有无穷个,这些解是否可用简要形式表示以及如何表示等等问题,即为本章讨论的主要内容.齐次线性方程组

在线性方程组(4.0.3)中,若bθ(0,,0),则有

TAxθ.(4.1.1)

这被称为与线性方程组(4.0.3)对应的齐次线性方程组,A被称为它的系数矩阵.线性方程组的三种初等变换,与矩阵的三种行初等变换完全对应.任何矩阵均可经有限次行初等变换化为行最简形.性质1 若xξ1,xξ2是Axθ的解,则xξ1ξ2也是Axθ的解.性质2 若xξ是Axθ的解,k为任意实数,则xkξ也是Axθ的解.Axθ的全部解构成一个线性空间,记为S,被称为齐次线性方程组Axθ的解空间.定理4.1.1 齐次线性方程组(4.1.1)有非零解的充要条件是R(A)n.解空间S的基又被称为方程组(4.1.1)的基础解系.求得基础解系,就求得了全部解.通解.显然,θ(0,,0)T是齐次线性方程组的解,被称为零解或平凡解.非齐次线性方程组

在线性方程组(4.0.3)中,若bθ(0,,0)T,则它被称为非齐次线性方程组.与它对应的矩阵

a11aB21am1a12a22a1na2nam2amnb1b2 bm是一个m(n1)矩阵,它由系数矩阵A[aij]mn加上一列b(b1,,bm)T组成,即

B[Ab].称B为线性方程组(4.0.3)的增广矩阵.性质1 若xη1,xη2是Axb的解,则xη2η1是对应齐次线性方程组Axθ的解.性质2 若xη是Axb的解,xξ是对应齐次线性方程组Axθ的解,则xξη是Axb的解.性质3 非齐次线性方程组的通解是对应齐次方程组的通解加上自身的任意一个解.定理4.2.1 非齐次线性方程组Axb有解的充要条件是R(A)R(B),即系数矩阵和增广矩阵有相同的秩.定理4.2.2设非齐次线性方程组Axb的系数矩阵A及增广矩阵B的秩相等:R(A)R(B)r,未知量个数为n.则它有唯一解的充要条件是rn；它有无穷多解的充要条件是rn.二、本章教学内容的重点和难点

1、齐次及非齐次线性方程组的解法

2、理解解空间与前面空间的关系。

三、本章内容的深化和拓广

了解求解方程组在实际问题中的应用。

四、本章教学方式

以讲课方式为主。

五、本章的思考题和习题

1(3)(4)2 3(3)(4)4(2)(3)5 6 7 8 9

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