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已知阶矩阵的第一行是,不全为零,矩阵(为常数),且,求线性方程组的通解。

答案

当时,,其中。当时,若 A 的秩为 2,则;若 A 的秩为 1,则,其中,且此时必有。

解析

设 的任意一行为 。由于 ,有 ,即

第二个分量是第一个分量的 倍,所以只需考虑

两式相减得

若 ,则每一行都满足 且 ,因而每一行都是 的倍数。第一行非零又说明 ,所以 的秩为 。于是

故通解为

若 ,令

此时 的三列分别为 ,所以 等价于 。同时, 的每一行都满足与 的内积为零;由于第一行非零, 的秩只能是 或 。

当 的秩为 时,由秩-零度定理, 的维数为 。又 且 ,因此

当 的秩为 时, 的每一行都是第一行 的倍数,故 等价于

由前面的行约束,。取

可直接验证 。因 且 ,有 ,故 张成平面 。所以通解为