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[关键词]齐次线性方程组 系数矩阵 行列式
线性代数中齐次线性方程组是否有非零解有下面的重要结论:
定理 含有n个未知量的n个方程的齐次线性方程组有非零解的充分必要条件是:方程组的系数行列式为零。
下面来看看该结论在高等数学中的应用。
例1 设空间曲线 位于某一平面,且f (t),g(t),h(t)三阶可导,证明:
证: 设曲线所在平面方程为:Aχ+Bу+Cz+D=0,其中A,B,C不全為零。设M(x(t),y(t),z(t))为曲线上点,则
Af(t)+Bg(t)+Ch(t)+D=0,
在方程两边关于t分别求一阶,二阶,三阶导数得:
Af`(t)+Bg`(t)+Ch`(t)=0,
Af``(t)+Bg``(t)+Ch``(t)=0,
Af```(t)+Bg```(t)+Ch```(t)=0,
方程组关于(A,B,C)有非零解,对应的系数行列式为零,
即:。
例2 求过点(χ0,у0,z0) 且与平面Aiχ+Biу+Ciz+Di=0(I=1,2)垂直的平面方程。
解: 设所求平面方程为A(χ-χ0)+B(у-у0)+C(z-z0)=0,(1)
由已知可得:
显然,A,B,C不全为零,则(1),(2),(3)构成的方程组有非零解,对应的系数矩阵为零,即:
=0,此即为所求平面方程。
例3 设方程aχ+bу+cz=f(χ2+у2+z2)确定隐函数为z=z(χ+у),其中f可导,
证明:z=z(χ,у) 满足:。
证:在aχ+bу+cz=f(χ2+у2+z2)分别关于x,y求偏导,并移项整理得:
该方程组有非零解-f’和1,则系数行列式为零,即:
,展开整理即得所证。
例4 设у=ex(C1sinχ+C2cosχ)未某二阶常系数齐次线性微分方程的解,求该微分方程。
解:在у=ex(C1sinχ+C2cosχ)两端关于x求1,2阶导数:
(C1-C2)exsinχ+(C1+C2)excosχ-у`=0,(1)
-2C2exsinχ+2C1excosχ-у``=0,(2)
再考虑C1exsinχ+C2excosχ-у=0,(3)
则(1),(2),(3)构成的方程组有非零解:exsinχ,excosχ,-1,对应系数矩阵为零,则:
展开得:(C12+C22)(y``-2y`+2y)=0,
由C1+C2任意性,可得:y``-2y`+2y=0。
[参考文献]
[1]同济大学数学教研室,线性代数[M].北京:高等教育出版社,1999
[2]许莆华.线性代数典型题精讲(2002版).大连理工大学出版社,2002
(作者单位:北京华北电力大学 数理系)
线性代数中齐次线性方程组是否有非零解有下面的重要结论:
定理 含有n个未知量的n个方程的齐次线性方程组有非零解的充分必要条件是:方程组的系数行列式为零。
下面来看看该结论在高等数学中的应用。
例1 设空间曲线 位于某一平面,且f (t),g(t),h(t)三阶可导,证明:
证: 设曲线所在平面方程为:Aχ+Bу+Cz+D=0,其中A,B,C不全為零。设M(x(t),y(t),z(t))为曲线上点,则
Af(t)+Bg(t)+Ch(t)+D=0,
在方程两边关于t分别求一阶,二阶,三阶导数得:
Af`(t)+Bg`(t)+Ch`(t)=0,
Af``(t)+Bg``(t)+Ch``(t)=0,
Af```(t)+Bg```(t)+Ch```(t)=0,
方程组关于(A,B,C)有非零解,对应的系数行列式为零,
即:。
例2 求过点(χ0,у0,z0) 且与平面Aiχ+Biу+Ciz+Di=0(I=1,2)垂直的平面方程。
解: 设所求平面方程为A(χ-χ0)+B(у-у0)+C(z-z0)=0,(1)
由已知可得:
显然,A,B,C不全为零,则(1),(2),(3)构成的方程组有非零解,对应的系数矩阵为零,即:
=0,此即为所求平面方程。
例3 设方程aχ+bу+cz=f(χ2+у2+z2)确定隐函数为z=z(χ+у),其中f可导,
证明:z=z(χ,у) 满足:。
证:在aχ+bу+cz=f(χ2+у2+z2)分别关于x,y求偏导,并移项整理得:
该方程组有非零解-f’和1,则系数行列式为零,即:
,展开整理即得所证。
例4 设у=ex(C1sinχ+C2cosχ)未某二阶常系数齐次线性微分方程的解,求该微分方程。
解:在у=ex(C1sinχ+C2cosχ)两端关于x求1,2阶导数:
(C1-C2)exsinχ+(C1+C2)excosχ-у`=0,(1)
-2C2exsinχ+2C1excosχ-у``=0,(2)
再考虑C1exsinχ+C2excosχ-у=0,(3)
则(1),(2),(3)构成的方程组有非零解:exsinχ,excosχ,-1,对应系数矩阵为零,则:
展开得:(C12+C22)(y``-2y`+2y)=0,
由C1+C2任意性,可得:y``-2y`+2y=0。
[参考文献]
[1]同济大学数学教研室,线性代数[M].北京:高等教育出版社,1999
[2]许莆华.线性代数典型题精讲(2002版).大连理工大学出版社,2002
(作者单位:北京华北电力大学 数理系)