什么是齐次线性方程组,什么是非齐次线性方程组?

齐次线性方程组(homegeneous linear equations):

一般的,如果线性方程组中所有方程的常数项都是0,则称为homegeneous linear equations;

非齐次线性方程组(inhomogeneous linear equations):

至少有一个方程的常数项不为0,就称为非齐次线性方程组;

解线性方程组

其实左侧的系数矩阵和上一讲中的例子是一样,根据上一讲中的那个例子线代代数基础1-方程组的解,

我们可以直接得到结论:

通解为(-2*t1+5*t2, t1, -3*t2, t2) (t1,t2对应的是x2,x4,可以在允许取值的范围内任意取值)

我们写出解的另一种组合形式:

-2*t1 + 5*t2 -2 5

( t1 ) = t1( 1 ) + t2( 0 )

-3*t2 0 -3

t4 0 1

注意:这里t1,t2可以独立的取遍取值范围F内所有的值, 注意这里其实解有无数个;

我们尝试从几何上来解释一下,如果我们把向量(-2, 1, 0, 0)和 (5,0,-3,1)看做是空间中的两个平面,那么

这个解集实际上是这两个平面的交的部分,当然,这里的平面事实上是一种超平面。我们可以用三维空间中的平面帮我们理解,

我们知道:

每一个三元一次方程在空间中是一个平面,两个的话就是在空间中找两个平面的公共部分,

齐次方程组就是针对经过原点的平面。两个平面如果相交不会只有一个点(这里原点必然相交),所以它们相交有可能是一条直线。如果是三个平面呢,则可能交于一个点,当然可能也是一条直线。说到这里,大家必须得有一定的想象力。

大家可以再看看线性代数基础--从一道小学应用题的解方程说起中关于平面相交的几何意义,应该更有助于理解。

对于齐次线性方程组,我们知道至少有一个解(就是当所有未知数取0的n维零向量(0,0,...0)),我们称之为平凡解;

那么求齐次线性方程组实际上是来求非平凡解的过程;当然,齐次线性方程组一定有解;

问题是什么时候有无穷解呢?

其实有一个结论,就是对齐次线性方程组而言,当未知数的个数n大于方程组的个数m时,方程组的解一定有非平凡解,并且一定有无穷多个。当然,这无穷多个是一条直线,一个平面还是一个超平面,那不一定!未知数表达了自由维数的概念,而方程则是一种限制。

一般来说:方程是对未知数的限制,未知数越多,按理上越自由,方程越多,一般来说解越少。我们以后还会从线性代数更抽象的概念:向量,秩,线性无关,线性相关等再来重新认识这个问题!