求向量组的秩与极大无关组
对于具体给出的向量组,求秩与极大无关组的常用方法如下.
方法1 将向量组排成矩阵:
(列向量组时)或(行向量组时) (*)
并求的秩,则即是该向量组的秩;再在原矩阵中找非零的阶子式,
则包含的个列(或行)向量即是的列(或行)向量组的一个极大无关组.
方法2 将列(或行)向量组排成矩阵如(*)式,并用初等行(或列)变换化为行(或列)阶梯形矩阵(或),则(或)中非零行(或列)的个数即等于向量组的秩,且是该向量组的一个极大无关组,其中是(或)中各非零行(或列)的第1个非零元素所在的列(或行).
方法3 当向量组中向量个数较少时,也可采用逐个选录法:即在向量组中任取一个非零向量作为,再取一个与的对应分量不成比例的向量作为,
又取一个不能由和线性表出的向量作为,继续进行下去便可求得向量组的极大无关组.
对于抽象的向量组,求秩与极大无关组常利用一些有关的结论,如“若向量组(Ⅰ)可由向量组(Ⅱ)线性表示,则(Ⅰ)的秩不超过(Ⅱ)的秩”,“等价向量组有相同的秩”,“秩为的向量组中任意个线性无关的向量都是该向量组的极大无关组”等.
例1 求向量组,,,,
的秩与一个极大无关组.
解法1
,所以向量组的秩为3;又中位于1,2,4行及1,2,4列的3阶子式
故是向量组的一个极大无关组(可知;均可作为极大无关组).
法2
由于的第1,2,4个行向量构成的向量组线性无关,故是向量组的一个极大无关组.
例2 求向量组,,,的秩和一个极大无关组.
解
(1) 当且时,,故向量组的秩为3,且是一个极大无关组;
(2) 当时,,故向量组的秩为3,且是一个极大无关组;
(3) 当时,若,则,此时向量组的秩为2,且是
一个极大无关组.若,则,此时向量组的秩为3,且是一个极大无关组.
例3 设向量组的秩为.又设
,,
求向量组的秩.
解法1 由于,且
所以
故向量组与等价,从而的秩为.
法2 将看做列向量,则有
其中
可求得,即可逆,从而可由线性表示,故这两个向量组等价,即它们有相同的秩.
例4 设向量组(Ⅰ):和向量组(Ⅱ):的秩分别为和
,而向量组(Ⅲ):的秩为.证明:.
证若和中至少有一个为零,显然有,结论成立.若和都不为零,不妨设向量组(Ⅰ)的极大无关组为,向量组(Ⅱ)的极大无关组为,由于向量组可以由它的极大无关组线性表示,所以向量组(Ⅲ)可以由,线性表示,故
的秩。