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第4章 线性方程组

基础部分

  1. 方程组{ax+y+z=1x+ay+z=1x+y+az=2\begin{cases}ax+y+z=1\\x+ay+z=1\\x+y+az=-2\end{cases}有无穷多解,则a=a=
  2. 设3维列向量组α1,α2,α3\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3线性无关,k,lk,l均为非零常数,β1=kα1+lα2\beta_1=k\alpha_1+l\alpha_2β2=kα2+lα3\beta_2=k\alpha_2+l\alpha_3β3=kα3+lα1\beta_3=k\alpha_3+l\alpha_1,记B=[β1,β2,β3]B=[\beta_1,\beta_2,\beta_3],则齐次线性方程组Bx=0Bx=0有非零解的充分必要条件为( ). A. kl=0k-l=0 B. k+l=0k+l=0 C. kl0k-l\neq0 D. k+l0k+l\neq0
  3. AAm×nm\times n矩阵,BBn×mn\times m矩阵,则( ). A. 当m>nm>n时,必有AB=0|AB|=0 B. 当m>nm>n时,ABAB必可逆 C. 当n>mn>m时,ABx=0ABx=0有唯一零解 D. 当n>mn>m时,必有r(AB)<mr(AB)<m
  4. AAn(n>2)n(n>2)阶方阵,r(A)=1r(A^*)=1α1,α2\alpha_1,\alpha_2是非齐次线性方程组Ax=bAx=b的两个不同解,kk为任意常数,则方程组Ax=bAx=b的通解为( ). A. (k1)α1+kα2(k-1)\alpha_1+k\alpha_2 B. (k1)α1kα2(k-1)\alpha_1-k\alpha_2 C. (k+1)α1+kα2(k+1)\alpha_1+k\alpha_2 D. (k+1)α1kα2(k+1)\alpha_1-k\alpha_2
  5. α1=[412]\alpha_1=\begin{bmatrix}4\\1\\2\end{bmatrix}α2=[111]\alpha_2=\begin{bmatrix}1\\1\\-1\end{bmatrix}α3=[204]\alpha_3=\begin{bmatrix}-2\\0\\4\end{bmatrix}α4=[723]\alpha_4=\begin{bmatrix}7\\2\\-3\end{bmatrix}A=[α1,α2,α3,α4]A=[\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3,\alpha_4],则Ax=α2+3α4Ax=\alpha_2+3\alpha_4的通解为
  6. AAn(n2)n(n\geq2)阶方阵,AA^*AA的伴随矩阵,若对任一nn维列向量α\alpha,均有Aα=0A^*\alpha=0,则齐次线性方程组Ax=0Ax=0的基础解系所含解向量的个数kk必定满足
  7. 已知非齐次线性方程组{x1+x2+x3+x4=14x1+3x2+5x3x4=1ax1+x2+3x3+bx4=1\begin{cases}x_1+x_2+x_3+x_4=-1\\4x_1+3x_2+5x_3-x_4=-1\\ax_1+x_2+3x_3+bx_4=1\end{cases}有3个线性无关的解,记该方程组的系数矩阵为AA.求: (1)a,ba,b的值;(2)该方程组的通解;(3)齐次线性方程组ATAx=0A^TAx=0的通解.
  8. A=[α1,α2,,αn]A=[\alpha_1,\alpha_2,\cdots,\alpha_n]经过若干次初等行变换得B=[β1,β2,,βn]B=[\beta_1,\beta_2,\cdots,\beta_n],则AABB( ). A. 对应的任何部分行向量组具有相同的线性相关性 B. 对应的任何部分列向量组具有相同的线性相关性 C. 对应的任何kk阶子式同时为零或同时不为零 D. 对应的非齐次线性方程组Ax=bAx=bBx=bBx=b是同解方程组
  9. AA是3阶非零矩阵,满足A2=OA^2=O,若非齐次线性方程组Ax=bAx=b有解,则其线性无关的解向量的个数为( ) A. 1 B. 2 C. 3 D. 4
  10. 已知线性方程组Ax=kβ1+β2Ax=k\beta_1+\beta_2有解,其中A=[111121111]A=\begin{bmatrix}1&1&-1\\1&-2&1\\1&-1&-1\end{bmatrix}β1=[213]\beta_1=\begin{bmatrix}2\\1\\3\end{bmatrix}β2=[131]\beta_2=\begin{bmatrix}1\\3\\-1\end{bmatrix},则kk等于( ) A. 1 B. -1 C. 2 D. -2
  11. 已知AA是3阶矩阵,AA的每行元素之和为3,且齐次线性方程组Ax=0Ax=0有通解k1[1,2,2]T+k2[2,1,2]Tk_1[1,2,-2]^T+k_2[2,1,2]^Tα=[1,1,1]T\alpha=[1,1,1]^T,其中k1,k2k_1,k_2是任意常数. (1) 证明:对任意的一个3维列向量β\beta,向量AβA\betaα\alpha线性相关. (2)若β=[3,6,3]T\beta=[3,6,-3]^T,求AβA\beta
  12. 设3维列向量组α1,α2,α3\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3β1,β2,β3\beta_1,\beta_2,\beta_3等价,记A=[α1,α2,α3]A=[\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3]B=[β1,β2,β3]B=[\beta_1,\beta_2,\beta_3],则下列结论: ①Ax=0Ax=0Bx=0Bx=0同解;②ATx=0A^Tx=0BTx=0B^Tx=0同解;③[AB]x=0\begin{bmatrix}A\\B\end{bmatrix}x=0Ax=0Ax=0同解;④[ATBT]x=0\begin{bmatrix}A^T\\B^T\end{bmatrix}x=0ATx=0A^Tx=0同解. 所有正确结论的序号是( ). A. ①② B. ①③ C. ②④ D. ①②③④
  13. AAm×nm\times n矩阵,e=[1,1,,1]Te=[1,1,\cdots,1]^T,若方程组Ay=eAy=e有解,则对于(I)ATx=0(I)A^Tx=0(II){ATx=0eTx=0(II)\begin{cases}A^Tx=0\\e^Tx=0\end{cases},说法正确的是( ). A. (I)的解都是(II)的解,但(II)的解未必是(I)的解 B. (II)的解都是(I)的解,但(I)的解未必是(II)的解 C. (I)的解不是(II)的解,且(II)的解也不是(I)的解 D. (I)的解都是(II)的解,且(II)的解也都是(I)的解
  14. 设齐次线性方程组(I){x1+3x3+5x4=0x1x22x3+2x4=0(I)\begin{cases}x_1+3x_3+5x_4=0\\x_1-x_2-2x_3+2x_4=0\end{cases},在线性方程组(I)的基础上增添一个方程ax1+bx2+cx3+dx4=0ax_1+bx_2+cx_3+dx_4=0,得(II){x1+3x3+5x4=0x1x22x3+2x4=0ax1+bx2+cx3+dx4=0(II)\begin{cases}x_1+3x_3+5x_4=0\\x_1-x_2-2x_3+2x_4=0\\ax_1+bx_2+cx_3+dx_4=0\end{cases},问a,b,c,da,b,c,d满足什么条件时,方程组(I),(II)是同解方程组?并求出此时方程组(II)的通解.
  15. 设平面π1:x+ay=a\pi_1:x+ay=aπ2:ax+z=1\pi_2:ax+z=1π3:ay+z=1\pi_3:ay+z=1,已知这三个平面没有公共交点,则a=a=
  16. 在空间直角坐标系OxyzO-xyz中,三张平面π1:ax+yz=1\pi_1:ax+y-z=1π2:x+y+bz=a\pi_2:x+y+bz=aπ3:x+ayz=1\pi_3:x+ay-z=1的位置关系如图所示,则( ). A. a=2,b=2a=-2,b=2 B. a2,b=2a\neq-2,b=2 C. a=1,b=1a=1,b=-1 D. a=1,b1a=1,b\neq-1
  17. BB是3阶矩阵,齐次线性方程组Bx=0Bx=0的解空间的维数为22A=[1224a3311]A=\begin{bmatrix}1&2&-2\\4&a&3\\3&-1&1\end{bmatrix},若AB=OAB=O,齐次线性方程组Ax=0Ax=0的解空间的维数为( ). A. 0 B. 1 C. 2 D. 3

强化部分

  1. 设4阶矩阵A=[aij]A=[a_{ij}]不可逆,且元素a12a_{12}的代数余子式A120A_{12}\neq0,若矩阵AA的列向量组为α1,α2,α3,α4\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3,\alpha_4k1,k2,k3k_1,k_2,k_3为任意常数,则方程组Ax=0A^*x=0的通解为( ). A. k1α1+k2α2+k3α3k_1\alpha_1+k_2\alpha_2+k_3\alpha_3 B. k1α1+k2α2+k3α4k_1\alpha_1+k_2\alpha_2+k_3\alpha_4 C. k1α1+k2α3+k3α4k_1\alpha_1+k_2\alpha_3+k_3\alpha_4 D. k1α2+k2α3+k3α4k_1\alpha_2+k_2\alpha_3+k_3\alpha_4
  2. AA是4阶矩阵,AA的伴随矩阵A=[1010020200110004]A^*=\begin{bmatrix}1&0&1&0\\0&2&0&2\\0&0&1&1\\0&0&0&4\end{bmatrix}b=[1,1,1,1]Tb=[1,1,1,1]^T,则方程组Ax=bAx=b的解为
  3. 设方程组{x1+ax22x3=4x1+2x2+x3=12x1+3x2+(a+2)x3=3\begin{cases}x_1+ax_2-2x_3=4\\x_1+2x_2+x_3=1\\2x_1+3x_2+(a+2)x_3=3\end{cases}的系数矩阵为AA,自由项为bb,若Ax=bAx=b无解,ATAx=ATbA^TAx=A^Tb有解,则a=a=( ) A. -1 B. 1 C. -3 D. 3
  4. AA是秩为2的3阶实对称矩阵,α,β\alpha,\beta是3维非零列向量,B=[AβαT1]B=\begin{bmatrix}A&\beta\\\alpha^T&1\end{bmatrix},则r(B)=2r(B)=2是方程组{Ax=βαTx=1\begin{cases}Ax=\beta\\\alpha^Tx=1\end{cases}有解的( ). A. 充分非必要条件 B. 必要非充分条件 C. 充分必要条件 D. 既非充分又非必要条件
  5. 设四元齐次线性方程组(I){2x1+3x2x3=0x1+2x2+x3x4=0(I)\begin{cases}2x_1+3x_2-x_3=0\\x_1+2x_2+x_3-x_4=0\end{cases},且四元齐次线性方程组(II)(II)的一个基础解系为ξ1=[2,1,k+2,1]T\xi_1=[2,-1,k+2,1]^Tξ2=[1,2,4,k+8]T\xi_2=[-1,2,4,k+8]^T,若方程组(I)(I)(II)(II)没有非零公共解,则kk的取值范围为
  6. 已知A,BA,B均是2×42\times4矩阵,Ax=0Ax=0的基础解系是α1=[1,1,2,1]T\alpha_1=[1,1,2,1]^Tα2=[0,3,1,0]T\alpha_2=[0,-3,1,0]^TBx=0Bx=0的基础解系是β1=[1,3,0,2]T\beta_1=[1,3,0,2]^Tβ2=[1,2,1,a]T\beta_2=[1,2,-1,a]^T. (1) 求矩阵AA;(2)如果Ax=0Ax=0Bx=0Bx=0有非零公共解,求aa的值及所有非零公共解.
  7. 设3阶矩阵A,BA,B满足r(BA)<r(AB)r(BA)<r(AB),对于以下结论:①ABx=0ABx=0BAx=0BAx=0有非零公共解;②ABAx=0ABAx=0BABx=0BABx=0有非零公共解.正确的说法是( ). A. ①正确,②正确 B. ①正确,②错误 C. ①错误,②正确 D. ①错误,②错误
  8. AAnn阶实矩阵,则( ). A. [AOEATA]x=0\begin{bmatrix}A&O\\E&A^TA\end{bmatrix}x=0只有零解 B. [OAATAAATA]x=0\begin{bmatrix}O&A\\A^TA&AA^TA\end{bmatrix}x=0只有零解 C. [AATAOATA]x=0\begin{bmatrix}A&A^TA\\O&A^TA\end{bmatrix}x=0[ATAAOA]x=0\begin{bmatrix}A^TA&A\\O&A\end{bmatrix}x=0同解 D. [AATAATAOA]x=0\begin{bmatrix}AA^TA&A^TA\\O&A\end{bmatrix}x=0[ATA2AOATA]x=0\begin{bmatrix}A^TA^2&A\\O&A^TA\end{bmatrix}x=0同解
  9. A,BA,Bnn阶矩阵,且AA满足A2A=3EA^2-A=3E,则与[AB]x=0\begin{bmatrix}A\\B\end{bmatrix}x=0不一定同解的是( ). A. [ABA+AB]x=0\begin{bmatrix}A-B\\A+AB\end{bmatrix}x=0 B. [A+BA+ABB]x=0\begin{bmatrix}A+B\\A+AB-B\end{bmatrix}x=0 C. [AB2A+B]x=0\begin{bmatrix}A-B\\2A+B\end{bmatrix}x=0 D. [A+BBA+B2]x=0\begin{bmatrix}A+B\\BA+B^2\end{bmatrix}x=0
  10. α1=[1,2,1,0,0]T\alpha_1=[1,-2,1,0,0]^Tα2=[1,2,0,1,0]T\alpha_2=[1,-2,0,1,0]^Tα3=[0,0,1,1,0]T\alpha_3=[0,0,1,-1,0]^Tα4=[1,2,3,2,0]T\alpha_4=[1,-2,3,-2,0]^T是线性方程组{x1+x2+x3+x4+x5=03x1+2x2+x3+x43x5=0x2+2x3+2x4+6x5=05x1+4x2+3x3+3x4x5=0\begin{cases}x_1+x_2+x_3+x_4+x_5=0\\3x_1+2x_2+x_3+x_4-3x_5=0\\x_2+2x_3+2x_4+6x_5=0\\5x_1+4x_2+3x_3+3x_4-x_5=0\end{cases}的解向量,则α1,α2,α3,α4\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3,\alpha_4能否构成方程组(*)的基础解系?若能,说明理由;若不能,请增或减向量,使之成为基础解系.
  11. 已知aa是常数,且矩阵A=[12a13027a]A=\begin{bmatrix}1&2&a\\1&3&0\\2&7&-a\end{bmatrix}可经初等列变换化为矩阵B=[1a2011111]B=\begin{bmatrix}1&a&2\\0&1&1\\-1&1&1\end{bmatrix}. (1) 求aa;(2) 求满足AP=BAP=B的可逆矩阵PP.
  12. A=[123011120]A=\begin{bmatrix}1&-2&3\\0&1&-1\\1&2&0\end{bmatrix}β=[413]\beta=\begin{bmatrix}-4\\1\\-3\end{bmatrix}B=[213101210]B=\begin{bmatrix}-2&1&3\\1&0&-1\\2&1&0\end{bmatrix}[A,β]=BC[A,\beta]=BC. (1)求Ax=βAx=\beta的解,并求出CC;(2) 求满足[A,β]Y=E[A,\beta]Y=E的所有YY.
  13. A3×3=[α1,α2,α3]A_{3\times3}=[\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3],方程组Ax=βAx=\beta有通解kξ+η=k[1,2,3]T+[2,1,1]Tk\xi+\eta=k[1,2,-3]^T+[2,-1,1]^T,其中kk是任意常数,又设B=[α1+α2+α3+β,α1,α2,α3]B=[\alpha_1+\alpha_2+\alpha_3+\beta,\alpha_1,\alpha_2,\alpha_3],求方程组By=βBy=\beta的通解.
  14. 如图所示有三张平面,其中有两张平面平行,第三张平面与它们相交,其方程ai1x+ai2y+ai3z=di(i=1,2,3)a_{i1}x+a_{i2}y+a_{i3}z=d_i(i=1,2,3)组成的方程组的系数矩阵与增广矩阵分别为AAA\overline{A},则( ). A. r(A)=2,r(A)=3r(A)=2,r(\overline{A})=3 B. r(A)=2,r(A)=2r(A)=2,r(\overline{A})=2 C. r(A)=1,r(A)=2r(A)=1,r(\overline{A})=2 D. r(A)=1,r(A)=1r(A)=1,r(\overline{A})=1
  15. αi=[ai,bi,ci]T(i=1,2,3)\alpha_i=[a_i,b_i,c_i]^T(i=1,2,3)均为非零列向量,且直线xa1a2=yb1b2=zc1c2\frac{x-a_1}{a_2}=\frac{y-b_1}{b_2}=\frac{z-c_1}{c_2}过点(a3,b3,c3)(a_3,b_3,c_3),则可能是三个平面πi:αiT[xyz]=1(i=1,2,3)\pi_i:\alpha_i^T\begin{bmatrix}x\\y\\z\end{bmatrix}=1(i=1,2,3)的位置关系的所有序号是( ). A. ①③ B. ②③ C. ②④ D. ①③④