定理4 设
(1) 线性相关;
(2) 线性无关.
证 设
比较等式两端向量的对应分量可得
即 .由定理3.5可得:
线性相关有非零解
推论1 在定理4中, 当时, 有
(1) 线性相关;
(2) 线性无关.
推论2 在定理4中, 当时, 有
(1) 线性相关中所有的阶子式;
(2) 线性无关中至少有一个阶子式.
推论3 在定理4中, 当时, 必有线性相关.
因为, 由定理4(1)即得.
推论4 向量组:
向量组:
若线性无关, 则线性无关.
证
线性无关
是的子矩阵
线性无关
定理5 划分, 则有
(1) 中某个中“所在的”个行向量线性无关;
中“所在的”个列向量线性无关.
(2) 中所有中任意的个行向量线性相关;
中任意的个列向量线性相关.
证 只证“行的情形”:
(1) 设位于的行, 作矩阵, 则有
线性无关.
(2) 任取中个行, 设为行, 作矩阵,
则有线性相关.
[注] 称为的行向量组, 为的列向量组.
§4.3 向量组的秩与最大无关组
1.向量组的秩:设向量组为, 若
(1) 在中有个向量线性无关;
(2) 在中有个向量线性相关(如果有个向量的话).
称为向量组为的一个最大线性无关组,
称为向量组的秩, 记作:秩.
[注](1) 向量组中的向量都是零向量时, 其秩为0.
(2) 秩时, 中任意个线性无关的向量都是的一个
最大无关组.
例如, , , , 的秩为2.
线性无关是一个最大无关组
线性无关是一个最大无关组
定理6 设, 则
(1) 的行向量组(列向量组)的秩为;
(2) 中某个中所在的个行向量(列向量)是
的行向量组(列向量组)的最大无关组.
证 只证“行的情形”:
中某个, 而中所有
定理5中所在的个行向量线性无关
中任意的个行向量线性相关
由定义:的行向量组的秩为, 且中所在的个行向量是
的向量组的最大无关组.
例6 向量组:, , ,
求的一个最大无关组.
解 构造矩阵
求得秩
矩阵中位于1,2行1,2列的二阶子式
故是的一个最大无关组.
[注] 为行向量组时, 可以按行构造矩阵.
定理7
(1) 若, 则“的列”线性相关(线性无关)
“的列”线性相关(线性无关);
(2) 若, 则“的行”线性相关(线性无关)
“的行”线性相关(线性无关).
证 (1) 划分,
由可得
故方程组
与方程组
同解.于是有
线性相关
存在不全为0, 使得
存在不全为0, 使得
线性相关
同理可证(2).
[注] 通常习惯于用初等行变换将矩阵化为阶梯形矩阵,当阶梯形
矩阵的秩为时, 的非零行中第一个非零元素所在的个列
向量是线性无关的.
例如:求例6中向量组的一个最大无关组.构造矩阵
秩
的1,2列线性无关的1,2列线性无关
是的一个最大无关组
例7 向量组:, , ,
求向量组的一个最大无关组.
解 对矩阵 进行初等行变换可得
(1) :
的1,2,3,4列线性无关的1,2,3,4列线性无关
故是的一个最大无关组;
(2) :
的1,2,3列线性无关的1,2,3列线性无关
故是的一个最大无关组.
[注] 当为行向量组时, 为列向量组.
若矩阵 的列向量组的一个最大无关组
为, 则是的一个最大无关组.
课后作业:习题四 7, 8 (理解、记忆定理1~7)