求下面线性方程组的解x1-x2+2x3+x4=0,x1-2x2+x3-3x4=1,2x1-x2+5
为了解决这个问题,我们需要找出增广矩阵的简化阶梯形式,以便确定方程组的解。首先,写出增广矩阵:
[ 1 -1 2 -3 | 0]
[ 2 -1 5 1 | 1]
[ 1 -2 a -3 | -1]
[ 3 2 11 12 | b]
接下来,我们需要将这个增广矩阵转换为简化阶梯形式。首先,我们将第二行减去第一行的2倍,将第三行减去第一行,将第四行减去第一行的3倍:
[ 1 -1 2 -3 | 0]
[ 0 1 1 7 | 1]
[ 0 -1 a-2 0 | -1]
[ 0 5 5 21 | b]
然后,我们将第三行加上第二行,将第四行减去第二行的5倍:
[ 1 -1 2 -3 | 0]
[ 0 1 1 7 | 1]
[ 0 0 a-1 7 | 0]
[ 0 0 0 0 | b-5]
现在我们得到了简化阶梯形式。接下来,我们需要考虑三种情况:无解、有唯一解和有无穷多解。
无解:当且仅当最后一行表示一个矛盾方程(即所有未知数的系数都为零,但等号右边的常数不为零)时,方程组无解。在这种情况下,我们需要找到满足b-5 ≠ 0的b值。这意味着b ≠ 5。
有唯一解:当且仅当增广矩阵的简化阶梯形式中主变量的系数为1,且没有任何矛盾方程时,方程组有唯一解。在这种情况下,我们需要找到满足b-5 = 0且a-1 ≠ 0的a和b值。这意味着a ≠ 1且b = 5。在这种情况下,我们可以通过回代法求解方程组:
x4 = 0
x3 = 0
x2 = 1
x1 = 1
所以,当a ≠ 1且b = 5时,方程组有唯一解,解为(x1, x2, x3, x4) = (1, 1, 0, 0)。
有无穷多解:当且仅当增广矩阵的简化阶梯形式中有至少一个自由变量,且没有任何
矛盾方程时,方程组有无穷多解。在这种情况下,我们需要找到满足b-5 = 0且a-1 = 0的a和b值。这意味着a = 1且b = 5。在这种情况下,我们可以通过回代法求解方程组:
x4 = 0
x3 = 自由变量(任意实数,用t表示)
x2 = 1 - t
x1 = 1 - t
所以,当a = 1且b = 5时,方程组有无穷多解,解为(x1, x2, x3, x4) = (1-t, 1-t, t, 0),其中t为任意实数。
总结:
当b ≠ 5时,方程组无解。
当a ≠ 1且b = 5时,方程组有唯一解,解为(x1, x2, x3, x4) = (1, 1, 0, 0)。
当a = 1且b = 5时,方程组有无穷多解,解为(x1, x2, x3, x4) = (1-t, 1-t, t, 0),其中t为任意实数。