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设向量组,。
  1. (1) 求满足什么条件时,可由线性表示,且表示唯一;
  2. (2) 求满足什么条件时,不能由线性表示;
  3. (3) 求满足什么条件时,可由线性表示,但表示不唯一;
  4. (4) 在可由线性表示但表示不唯一时,求出一般表达式。

答案

第 1 问

,且任意

第 2 问

第 3 问

第 4 问

解析

第 1 问

以 为列组成矩阵,则

当且仅当 时三列构成 的一组基,故任意 下 均可唯一表示。

第 2 问

由第一问的行列式可知,只有 时列向量组降秩。此时 ,且 线性无关;向量 同时与二者正交。

所以 可表示当且仅当 。故不能表示的条件为 。

第 3 问

表示不唯一需要列向量组线性相关且方程相容。结合前两问,条件正是 。

第 4 问

在 时有 。若 ,令 ,则由前两坐标解得 、。

取自由参数 ,则 。故一般表达式为 ,其中 。