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设向量组。
  1. (1) 为何值时,该向量组线性无关?并在此时将向量用线性表示;
  2. (2) 为何值时,该向量组线性相关?并在此时求出它的秩和一个极大线性无关组。

答案

第 1 问

时线性无关,且。

第 2 问

时线性相关,秩为;一个极大线性无关组为。

解析

第 1 问

以四个向量为列组成矩阵,作列变换 。新第四列为 ,而前三列的前三行行列式为

故四阶行列式为 ,向量组在且仅在 时线性无关。

记 。设 。利用 ,比较前三个分量可得

再比较第四个分量,得到 。当 时,

所以

第 2 问

由第一问的四阶行列式 可知,向量组仅在 时线性相关。此时 。

前三个向量的前三个分量组成的三阶行列式等于 ,故 线性无关。

因此原向量组的秩为 ,且 是一个极大线性无关组。