[本学期线性代数课,安排了32学时,周4学时共8周,线上上课,已上了6周,再有两周就结束了?还没和学生见面呢。没黑板真困难,网购了一个手写板,但是我电脑有点旧还不支持,只好退了。]
简单画一些图,有不足之处欢迎指正,只为方便学生理解,教材上基本没图。欢迎引用,欢迎探讨。以下是讲线性方程组Ax=b的解时,举的一些例子及几何表达,从二维到三维,多维只能是通过二维三维启发学生去想像了。
线性方程组的解有“有唯一解、无限多解、无解”三种情况,有图好知道“真相”。
二维:
上面的图是用word简单画的示意图,
有些图也可参考http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=797552&do=blog&id=1224029,用C语言画的更准确点。
三维空间:
即解:
具体示例:
增广矩阵为
[1, 1, 1, 0.2;
1, -1, -1, 0.6;
1.5,1,-2, 0.3]
的线性方程组,b=(0.2,0.6,0.3)’,解为x=(-0.4,0.23,-0.03)’。
设a1=(1,1,1.5)’,a2=(1,-1,1)’,a3=(1,-1,-2)’。
三个平面交于一点x,向量b可由a1,a2,a3线性表示。R(A) = R(A, b) = n
增广矩阵为
[1, 1, 1, -0.5
-1, -1, -1, 0.5
2, 2, 2, -1]时
化成行最简形,只有一个非零行,有两个自由未知数,无限多解,解在一个平面上,三个平面”相交”于一个平面,即重合。向量a1,a2,a3,b在一条直线上。
R(A) = R(A, b) = 1
增广矩阵为
1, 1, 1, -0.2,
1,-1,-1, -0.6,
3, 1, 1, -1
时,化成行最简为
1.00 0.00 0.00 -0.40
0.00 1.00 1.00 0.20
0.00 0.00 0.00 0.00
R(A) = R(A, b) =2< n
三个平面相交于一直线,有无限多解,向量a1,a2,a3,b在一个平面上。
X=c(0,-1,1)’+(-0.4,0.2,0)’。
增广矩阵为
[1, 1.5, 1, 0;
2, 3, 2, -0.6;
1, 1.5, 1 , 0.5]
R(A)=1, R(A, b)=3,R(A) < R(A, b)
三个平面平行,无解,从纵向,向量角度看,三个向量在一条直线上,不能表示向量b。
另外一种无解的情况:
[1,1,1,0.4;
1,1,1,-0.3;
1,2,-1,0.5]
R(A)=2, R(A, b)=3,R(A) < R(A, b)
两个平面平行,与第三个平面相交,还是没有一点满足三个平面方程,无解。向量a1,a2,a3构成一个面,b不在这个平面上,不能用a1,a2,a3线性表示。