简介

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章节

  • 00:00 数字型向量组的线性相关性
  • 10:27 抽象型向量组的线性相关性
  • 18:48 向量组的秩、极大无关组的求法

字幕

数字型向量组的线性相关性 00:00

00:00 好同学们大家好 00:03 我们今天来看第三章 00:05 向量组的线性相关性 00:07 主要就会讲三种题型 00:09 第一种题型判别向量组的线性相关性 00:13 主要是指数字型的向量组的线性相关性 00:17 比方说有这样一道题 00:18 求下列向量组的相关性 00:20 有两个小题啊 00:22 好为了做这一道题呢 00:24 同学们要知道这些小小的知识点 00:27 两个向量阿尔法一与阿尔法二 00:30 线性相关的充要条件是什么呢 00:32 阿尔法一与阿尔法二它的分量对应要成比例啊 00:37 你比方说阿尔法1=12 00:39 阿尔法2=20 00:41 这两个向量它的分量是一比二 00:44 一比二对应成比例 00:46 那么我们就说它是线性相关的 00:49 这两个向量线性相关的 00:52 在几何上我们也知道一个向量它的分量是一二 00:57 这个叫阿尔法一向量 00:58 阿尔法二是二四 01:00 那是不是平行的 01:02 平行在几何上 01:04 那就叫共线共线 01:06 在线性代数里面就叫线性相关好不好 01:09 同时我们还会发现这两个向量线性相关 01:13 你会发现阿尔法一阿尔法二构成的行列式 01:16 它是不是应该是1224 01:18 这个行列式等于什么 01:20 主对角线减去副对角线恰好等于零啊 01:24 同学们 01:25 也就是说一个向量组 01:28 一个向量组的线性相关 01:31 还可以用行列式来算 01:34 如果行列式等于零 01:36 它也是线性相关的 01:38 当然行列式有个前提 01:39 他必须是能够构成行列式 01:42 必须是函数等于列数 01:43 也就是方正好 01:45 这是第一个知识点 01:47 我们再看第二个 01:48 如果是多个变量 01:50 阿尔法一 01:51 阿尔法二阿尔法m一共有m个啊 01:53 一共有m个向量 01:54 它相关的重要条件是什么 01:56 我们把二维的两个向量的情况推广到m啊 02:01 推广到m行列式如果等于零 02:03 那就是相关 02:04 如果不等于零的行列式不等于零 02:06 那就是无关嘛 02:07 是不是 02:08 当然除了用行列式的方法 02:12 还可以用质的方法 02:13 因为有有有的向量组它不可以构造成行列式呀 02:18 它的函数不等于列数 02:19 那就要用另外一个方法 02:21 用字的方法啊 02:23 用向量组的秩秩 02:25 向量组的秩就是这个矩阵构构成的阿尔法一 02:28 阿尔法二 02:29 阿尔法m构成的矩阵的秩 02:31 矩阵的秩我们在第二章第二章讲过啊 02:34 如果这个矩阵的秩小于它的列数 02:38 那么一定是线性相关的 02:40 如果向量组的秩等于什么 02:44 等于向量组的个数的话 02:47 嗯那就是无关好 02:49 这个要注意注意了 02:50 这个字等于个数无关 02:53 小于个数相关好 02:56 我们看第一个 02:58 先看方法一 02:59 阿尔法一 03:00 阿尔法二显然是不成比例的 03:02 为什么它是二比-1呀 03:05 五比三啊 03:07 它不成比例的 03:08 不成比例则无关了 03:10 两个向量可以用乘比例与否 03:13 来判断它是否牵挂啊 03:16 好这是方法一 03:18 方法二呢我们还可以用行列式方法 03:21 阿尔法一 03:22 阿尔法二可以构造成行列式 03:23 因为它恰好是两行 03:25 两列函数等于列数 03:27 这样一个行列式 03:28 显然等于主对角线减去副对角线相乘嘛 03:32 是不是结果等于11啊 03:35 11不等于零 03:37 既然行列式不等于零 03:38 这样行列式如果不等于零 03:40 那一定是无关啊 03:42 同学们好 03:43 这是分号二 03:45 当然我也可以用字的方法啊 03:47 因为有的时候有的题啊 03:50 行列式做不了 03:51 那就要用字啊 03:52 那向量组的秩就是等于矩阵的秩 03:55 等于这个矩阵的秩 03:56 矩阵的秩怎么求 03:58 是不是要把这个矩阵化成阶梯形的啊 04:02 化成行阶梯形 04:03 也就是将第一行的-5/2倍 04:07 加到第二行就可以了 04:10 使得这个五使得这个五变成零 04:13 相应的三就会变成11/2了 04:1604:17 -1的-5/2倍加到d这个三 04:20 这个元素上等于21/2了 04:23 好各位同学 04:25 这是一个阶梯性 04:26 那么一共有多少个非零行呢 04:29 显然等于两个非零行 04:32 两个非零行字就是二呀 04:34 这等于二二恰好是向量的个数 04:37 有两个项链吗 04:39 等于向量的个数 04:41 那么则线性无关啊 04:43 这个非常简单 04:44 那我们再看第二小题 04:47 第二小题是三个向量 04:49 三个向量的线性相关系 04:52 首先第一个方法用行列式法 04:54 因为它恰好可以写成一个行列式 04:56 三行三列函数等于列数 04:58 就可以用行列式法 05:00 那这个行列式怎么算的 05:02 同学们 05:02 你看一下 05:03 你可以做行变化 05:04 也可以做列变化 05:06 显然这个题做列变化要简单 05:09 为什么第二列首元素已经是等于零了 05:13 你只需要把第三列的首元素-1削成零 05:16 是不是把第一列加到第三列就可以了 05:20 这个-1就会变成零吗 05:21 是不是把第一列加到第三列 05:25 -1变成零 05:26 相应的这个地方的零就会变成负 05:29 是不是相应的这个o就会变成五了 05:33 好我们继续这样一个行列式 05:37 我们可以按照第一行展开 05:39 也可以用拉普拉斯左上角乘以右下角的分块 05:43 行列式啊 05:43 也有都可以了 05:45 也都可以了 05:46 好恰好这个行列式等于什么呢 05:49 零行列式等于零 05:52 我们说行列式如果等于零 05:54 那一定是相关啊 05:55 同学们是不是 05:57 所以我们就可以推出阿尔法一 05:59 阿尔法二 06:00 阿尔法三是相关的好 06:03 这是用行列式的方法 06:05 接下来我们再用字的方法看一下 06:08 也就是要看这个矩阵阿尔法阿尔法阿尔法三啊 06:12 写到一个矩阵里面 06:14 看它的字 06:16 这个时候求知的话 06:17 是不是应该可以把第一行的二倍加到第二行 06:22 把第一行的-2倍加到第三行 06:26 这样的话-2和三就可以消成零 06:29 进而可以接近于咱们的阶梯型吗 06:33 好我们走一下 06:34 那么果然-2和12变成了零 06:38 好它还不是阶梯性 06:41 那这个时候我们会发现 06:42 第二行和第三行的元素是不是二比-5啊 06:47 二比-5是不对应成比例的 06:49 直接把第三行写成零就可以了 06:5306:53 也就是说其实它的变化过程 06:56 就是把第二行的5/2倍加到第三行 06:59 使得第三行变成零嘛 07:01 全部是零啊 07:02 这两个元素全是零 07:03 这样的话我们会发现它就变成了一个阶梯形了 07:07 是不是就变成了一个阶梯形 07:08 所谓阶梯性 07:09 就是保证你的阶梯的下面的元素全部是零元素 07:13 是不是全部是零元素 07:15 好显然他这样一个矩阵当中有几个非零行啊 07:20 非零函数有两行 07:22 所以这个矩阵的秩就是几字 07:25 就是二秩等于二 07:28 但是它有三个向量 07:30 三个向量组 07:31 三个向量构成的向量组的秩等于二 07:34 比个数要小 07:35 比向量组的个数要小 07:37 那么有刚才的结论是吧 07:40 诶向量组的秩如果比个数要小 07:43 一定是相关啊 07:45 同学们好 07:46 这是第一个题 07:47 我们再看第二个题 07:49 这个题有一个特点 07:50 就是它带有参数是吧 07:52 你看阿尔法一阿尔法二 07:54 阿尔法三当中都带有a a是一个参数 07:58 要讨论当a等于和十的时候 08:01 阿尔法一阿尔法和相关a等于合适的时候 08:04 阿尔法一阿尔法 08:05 阿尔法三线性无关 08:07 这个就比数字形稍微难一点好 08:09 我们往后走 08:10 两个向量相关说明什么问题 08:13 那就说明两个向量的分量对应成比例吗 08:17 那是不是应该是六和a相比诶 08:22 等于a加一比三 08:24 2=3比三-2呢 08:27 是不是对应成比例是这个意思 08:29 当然可以求出a等于几类-4了 08:32 同学们好 08:34 那么三个向量如果无关呢 08:36 第二题三个向量无关 08:38 那我用行列式法 08:40 因为这三个向量恰好是a3 维的 08:43 他协议可以写成一个行列式 08:45 行列式不等于零 08:47 就是无关的 08:48 也就是这样一个行列式 08:50 它是不等于零的 08:51 那这样一个行列式该如何计算 08:53 注意它是带有参数的 08:55 带有参数的a他不是很好算 08:58 不是很好算 08:59 我们看一下在第三列当中已经有一个零了 09:02 如果能够把这个a换成零 09:04 再按照第三列展开不就可以了吗 09:07 怎么把这个a元素化成零呢 09:08 是不是把第二行的这个e的负a倍 09:11 加到第一行就可以了 09:14 是不是 09:14 同学们 09:15 所以我们做行变化啊 09:17 做行变化 09:18 把第二行的负a倍加到第一行 09:22 这个a就会变成零的啊 09:24 这个a就会变成零 09:25 相应的这个a这个a元素就会变成负a啊 09:29 变成负a相应的这个六 09:32 你注意啊 09:33 相应的这个六就应该等于负a的平方 09:36 减a加六了 09:38 因为是降低二行的元素 09:40 整个所有的元素都要乘以什么都要乘以 09:43 咱们的负a加到第一行好不好 09:47 要小心一点 09:48 好这样一个行列式该如何计算 09:51 这个第一这个一元素是不是第二行的 09:54 第三列的元素 09:55 所以应该等于一元数乘以它的代数余子式 10:00 这个代数余子式会有一个-1的二 10:02 加三次幂次出现 10:03 也就是-1啊 10:05 这个二阶行列式等于主减负嘛 10:07 最终结果可以得到这样的式子 10:10 负的2a减三乘以a加四 10:13 注意刚才我们说这个无关的话 10:16 要求行列式不等于零 10:18 也就是这个不等于零 10:19 这个不等于零 10:20 就是a不等于3/2 10:23 企业a不等于-4吗 10:25 好我们再看第二种题型

抽象型向量组的线性相关性 10:27

10:27 判别向量组的线性相关性 10:29 这个是抽象性 10:31 刚才讲的是数字型的是吧 10:34 所谓抽象性就是数 10:35 它不告诉你阿尔法一的分量诶 10:39 阿尔法二阿尔法三 10:40 他不告诉你 10:41 它的分量到底是等于哪几个数字构成 10:44 他直接说这个向量组是线性无关的 10:47 那问这个复杂向量组的线性相关性啊 10:52 那怎么做呢 10:54 他没有告诉你阿尔法一阿尔法 10:55 阿尔法三 10:56 它到底是由哪些数字数构成的 10:59 直接说信息相关还是线性无关 11:01 好此处我们做一个小小的分析 11:04 第一个抽象向量组的表示方法 11:07 同学们要学会了 11:08 那我问你这两个矩阵相乘 11:10 你会吗 11:11 一个向量组构成的矩阵 11:13 乘以另外一个数字型矩阵 11:16 各位同学你能看懂吗 11:17 就是它是一个一行两列的 11:20 它是一个是两行两列的 11:22 算下来应该是几 11:23 算下来是不是应该等于诶 11:25 诶一行两列的前行 11:27 后列是不是是第一个第一行两列的啊 11:31 一行两列的第一个元素 11:32 是不是应该等于第一行乘以第一列 11:34 那是不是阿尔法1+3倍的阿尔法二啊 11:38 这是第一个元素 11:39 第二个元素是不是应该等于什么 11:41 第二个元素是不是等于第一行乘以第二列呢 11:44 那就是二倍的阿尔法1+4倍的f2 11:48 也就是等于这样一个阿尔法1+3倍阿尔法 11:52 阿尔贝阿尔法1+4倍阿尔法二 11:55 各位同学能看懂吗 11:56 此处我们要讲讲逆向思维啊 11:59 呃逆向设备 12:01 如果我把后面的这个表达式 12:03 右边的这个表达式 12:05 这个复杂的这个复杂的向量啊 12:08 它实际上是两个向量啊 12:09 这个地方可以写成贝塔一 12:10 贝塔二 12:11 贝塔一 12:12 贝塔二是两个复杂向量 12:14 它可以用简单向量表示 12:16 等于左边的 12:17 右边是等于左边的 12:19 这是一个简单向量组 12:20 这是一个复杂向量组 12:21 贝塔一贝塔20u简单向量组阿尔法 12:24 阿尔法二所构成的呀 12:25 加加减减构成的呀 12:27 所以我们将复杂向量组表示成一个简单向量 12:30 组成一个数字型的矩阵 12:33 同学们要学会这种表达方式 12:36 好我再举一个例子啊 12:37 同学们看好了嗯 12:39 这显然也是一个复杂向量组 12:41 复杂向量组可以记为贝塔一 12:43 贝塔二 12:44 贝塔三 12:45 贝塔一 12:46 贝塔二 12:46 贝塔三分别都是由阿尔法一 12:48 阿尔法二 12:48 阿尔法三加加减减构成的好 12:51 那当然可以等于这个简单向量组吗 12:54 阿尔法阿尔法 12:54 阿尔法三乘以一个什么样的数字型矩阵 12:5712:58 各位同学 12:59 我们先来看这是一个几乘几的 13:02 这个可以看成1x3的啊 13:04 一行三列 13:05 那这个是1x3 13:07 那你觉得这个矩阵后面要乘以几嘞 13:09 才可以构造成左边的1x3 13:11 是不是一定是3x3才可以了啊 13:14 1x3x3x3 13:16 最后是不是前行后面是等于1x3吗 13:20 听懂了没有 13:21 各位同学 13:22 所以后面这个数字型矩阵应该等于几 13:24 后面这个数字型矩阵应该等于3x3啊 13:28 好先看第一个元素怎么算出来的 13:30 阿尔法一减去阿尔法二这个元素应该怎么算 13:33 是不是等于这一行乘以第一列元素 13:37 你注意它的系数哦 13:38 它的系数是一-10啊 13:41 各位同学是不是一-10啊 13:43 所以这个地方应该写什么一-10好 13:47 我们再看第二个元素 13:48 是不是应该等于哎 13:49 这个简单向量组乘以第二列的元素 13:52 你看一下它的系数 13:54 它的系数应该是几哎 13:55 没有阿尔法一 13:56 没有阿尔法一就是零倍的阿尔法一呀 13:58 是不是阿尔法二的系数是二呀 14:01 阿尔法三的系数是-1 14:02 你看到没有 14:03 是-1好 14:06 再看第三个元素 14:07 第三个向量啊 14:09 f一加法二加阿尔法三 14:11 是不是应该等于这个简单向量组 14:13 乘以第三列的元素所构成的 14:15 你注意它的系数是111呀 14:18 系数是一一呀 14:19 所以最后第三列的元素是不是111就好了 14:22 各位同学 14:23 所以很简单 14:24 你要会这种表示哦 14:26 那不仅期末考试当中会考到这个 14:28 其实在考研当中 14:30 这个也非常喜欢扣 14:32 这是抽象向量组的线性表示 14:34 它的表示方法好不好啊 14:36 我把它展示一下啊 14:37 这个矩阵应该等于哎一-10呢 14:41 以及零二-1111所构成的一个三阶矩阵好 14:46 另外还有一个需要强调 14:48 如果一个复杂向量组 14:50 一个复杂向量组可以表示成简单向量组啊 14:54 这个简单向量组乘以一个数字型矩阵 14:56 也就是这个表达式 14:57 是不是 14:58 并且告诉你 15:00 那么这一个阿尔法一阿尔法二 15:02 阿尔法三是线性无关的啊 15:04 是线性无关的 15:06 那么我要通过这个简单向量组的线性无关 15:09 来判断 15:10 复杂向量组的相关性到底是相关还是无关 15:13 它取决于什么 15:14 取决于这样一个数字型矩阵c的行列式啊 15:19 如果c行列式怎样 15:20 如果c行列式等于零 15:22 那么复杂向量组一定是相关的 15:26 如果c含量是不等于零的 15:28 那么这个复杂向量组一定是无关的 15:31 那么c行列式等于零是什么意思 15:33 c行列式等于零 15:35 是不是就是不可逆的意思 15:37 c不可逆吗 15:39 这是由第二章的知识 15:40 我们讲过c行列式不等于零呢 15:43 那就是可逆的意思 15:45 是不是 15:46 所以我们把这个结论稍微总结一下 15:48 各位同学请看好啊 15:51 一个无关的向量组啊 15:53 比方说这个阿尔法一简单向量组 15:56 一个无关的简单向量组乘以一个数字型 15:59 如果是可逆阵 16:00 则得到的复杂向量组仍然是无关的 16:03 如果一个简单的无关组成一个不可逆矩阵 16:07 那么得到的复杂向量组一定是相关的 16:11 好再来一遍 16:12 同学们跟我一起来哦 16:13 无关组乘以可逆证得到的复杂向量组 16:18 一定还是无关的 16:20 无关组成以不可逆矩阵得到的复杂向量组 16:25 它一定是相关的 16:27 好我们来做本题啊 16:29 各位同学看好啊 16:30 总结放到这里啊 16:31 总结放到这里 16:32 我们看一下这个复复杂向量组啊 16:35 复杂向量组看看它的系数好不好 16:36 要注意把它写成矩阵的形式 16:39 它可以看成1x3吗 16:40 它当然可以等于一简单向量组 16:43 简单向量组乘以一个积乘以一个3x3的吗 16:46 这是1x3的 16:47 是不是啊 16:48 那这个这个这个这个数数 16:51 数字型矩阵应该三列三列 16:54 应该等于什么 16:55 是不是等于他们的系数所构成的好 16:58 我们先看第一个 16:59 同学们 17:00 第一个的系数是几一-1和阿尔法三的系数 17:04 阿尔法三三的系数是零 17:06 被阿尔法三吗 17:07 对不对 17:08 所以它就应该等于一-10 17:12 看到没有哎 17:13 第一个元素等于第一行乘以第一列所构成吗 17:18 能听懂吗 17:19 我们再看第二个元素是不是等于 17:21 简单向量组乘以第二列数值类零一-1 17:26 第三个呃 17:28 第第三个分量是不是应该等于 17:30 注意哦 17:31 阿尔法一的系数是指阿尔法一的系数是-2 17:34 阿尔法三的系数是一 17:35 没有阿尔法二 17:36 没有阿尔法二 17:37 就是零倍的阿尔法二 17:38 所以应该是-2012 17:40 各位同学好 17:42 这是一个复杂向量组 17:43 这是一个简单向量组 17:44 这个简单向量组已经告诉你它是线性无关的 17:47 所以要判断这个复杂向量组的相关性 17:50 只相关性还是无关性 17:51 那么只需要看这个数字型矩阵呢 17:54 它是可逆还是不可逆 17:56 可逆不可逆 17:57 那就需要看它的行列式呀 18:00 各位同学 18:01 我把它记为c 18:02 也就是看c矩阵的行列式 18:04 行列式太好做了 18:06 各位各位 18:07 行列式很好做 18:08 是不是将第一行的元素加到第二行呢 18:12 把它化成下三角的形式嘛 18:15 对不对 18:1618:17 向上的形式 18:18 然后再按照第几列展开 18:19 第一列展开是不是第一列展开 18:22 结果等于-1不等于零 18:23 不等于零 18:24 说明什么问题 18:24 行列式不等于零 18:26 则说明c可逆可逆哦 18:29 我们知道无关组乘以可逆症一定还是无关组 18:33 所以我们得到的这个复杂向量组啊 18:36 一定是线性无关的 18:38 同学们 18:39 这是抽象型 18:40 数字型 18:41 抽象型都会做了啊 18:42 各位同学 18:43 那么实际上本身还有一个比较关键的题型 18:47 就是求向量组的秩和极大无关组合

向量组的秩、极大无关组的求法 18:48

18:50 你比方说我现在有这样一个例题啊 18:54 三个向量现在要求这三个向量的秩 18:58 这三个向量的构成的向量组的秩 19:02 以及极大无关组 19:03 要做这个题 19:04 首先有两点需要同学们知道 19:07 第一个一个向量组的秩实际上就是把阿尔法一 19:11 阿尔法二 19:11 阿尔法三写成一个矩阵的形式 19:14 矩阵当中它的含阶梯形当中的非零函数 19:19 矩阵的字 19:19 我们在上一章讲过 19:21 是不是就就是把这个矩阵化成行阶梯形 19:24 看非零行的数啊 19:28 非零函数就是矩阵的秩 19:30 矩阵的秩就是等于向量组的秩 19:31 考这个题还需要求极大无关组 19:34 各位同学 19:35 这个地方你一定要记住 19:37 要求一个向量组的极大无关组 19:39 极大无关组一般取行阶梯形当中拐弯处 19:44 你阶梯嘛 19:45 这是不是阶梯阶梯有拐弯处 19:47 拐弯处所在的列向量就是就是极大无关注啊 19:51 同学们要注意啊 19:52 好各位同学 19:54 我们来做这个题了啊 19:55 有这有这两点准备 19:57 这个题就ok了啊 19:58 换一个题一定还是这样做好吧 20:01 好首先我们要看嗯这个向量组的秩 20:06 那就需要对矩阵做行变换 20:08 行变换怎么办啊 20:09 它有四行三列哦 20:11 四行三列 20:12 那么是不是把第一行的-2倍加到第二行 20:16 使得这个二变成零了 20:18 把第一行的-1倍加到第三行 20:20 把第一行的-2倍加到第三行 20:22 当然相应的这后面的元素都要变啊 20:25 相应的元素都要会变的 20:27 那最后我们变成这个式子好 20:29 这这这是不是阶梯形 20:30 这不是阶梯形 20:32 阶梯形要注意啊 20:33 阶梯形那必须要是这种形式诶 20:37 这种形式是吧 20:39 哎一步一步的阶梯要往后往往往后移 20:43 往后移动 20:44 你不能说我直接这样 20:46 直接诶 20:46 从第二行的时候直接往下走 20:49 这不行 20:49 这是不行的 20:51 这不叫解题好 20:52 此时我们会发现 20:53 那第二二行和第三行是不是对应成比例的 20:57 那直接-9的几倍往下一加 21:00 -1倍 21:00 往下一加 21:01 那-9的几倍 21:02 -9的-2倍 21:04 完第三行一讲也可以变成零 21:06 相应的这个都会变成都会变成零位 21:09 同学你往后面走 21:10 这就是所谓的阶梯性的 21:12 而关于求知的问题 21:13 同学们可以回到我们上一站 21:15 第二讲 21:16 如何求一个矩阵的秩的呃 21:18 这个方法显得非常的细啊 21:20 同学们可以看一下 21:21 显然这个阶梯有几个非零和两个非零行 21:24 所以它的质为基 21:25 它的字为二啊 21:28 这个矩阵的秩也就是这个向量组的秩 21:30 好比二红方把第一列即为阿尔法 21:34 一匹阿尔法二 21:35 一匹阿尔法三一撇 21:37 你注意这样的时候 21:39 我们构成的这个阶梯形 21:40 所构成的这三个向量和原向量阿尔法一 21:44 阿尔法二 21:44 阿尔法三 21:45 原向量组啊 21:46 它的相关性是完全相同的 21:49 好既然向量组的秩为二 21:52 这个地方有一个地方有一个东西要记住 21:54 极大无关组必定还有两个向量嗯 21:58 极大无关组含有两个向量 22:01 秩为二 22:02 有两个拐弯吗 22:03 两个拐弯处啊 22:05 第一个拐弯处在第一列 22:07 第二个拐弯处在第二列 22:09 看到没有 22:09 第一个拐弯处是不是在第一列 22:11 第二个拐弯处是不是在第二列 22:13 所以我们取谁为极大无关组呢 22:16 阿尔法一阿尔法二即可 22:18 是不是 22:18 这就是一个极大无关组 22:20 注意极大无关组是不唯一的二 22:23 但是我们一般看看 22:25 一般取为拐弯处所在的列 22:29 你听懂了吗 22:30 各位同学好 22:32 那么这一站就是这样