
【计】 homogeneous linear equations
齐次线性方程组(homogeneous system of linear equations)是线性代数中的核心概念,指由若干线性方程构成且常数项均为零的方程组。其标准形式可表示为:
$$
begin{cases}
a_{11}x1 + a{12}x2 + cdots + a{1n}xn = 0
a{21}x1 + a{22}x2 + cdots + a{2n}xn = 0
vdots
a{m1}x1 + a{m2}x2 + cdots + a{mn}x_n = 0
end{cases}
$$
对应的矩阵形式为 *A**x =0,其中A 是系数矩阵,x 是未知数向量,0 是零向量。
平凡解与非平凡解
齐次方程组必定存在零解(即所有未知数取0),称为平凡解。若系数矩阵的秩小于未知数个数(rank(A) < n),则存在无穷多非零解(非平凡解)。
解空间的维数
非平凡解构成向量空间,其维度为 n - rank(A),称为解空间的维数。例如,若 rank(A) = 2 且 n = 3,则解空间是一维直线。
基础解系与通解
基础解系是该解空间的一组基,通解可表示为这些基向量的线性组合。例如,若基础解系为ξ₁,ξ₂,则通解为 k₁ξ₁ + k₂ξ₂(k₁, k₂ ∈ ℝ)。
齐次方程组在工程、物理和计算机图形学中用于描述平衡状态或几何变换的核空间。相关定理如“非平凡解存在性条件”在《线性代数及其应用》(David C. Lay 著)中有详细推导,MIT OpenCourseWare 也提供了公开课程资料佐证解的结构分析。
齐次线性方程组是线性代数中的核心概念,其定义为由形如以下方程构成的方程组: $$ a_{11}x1 + a{12}x2 + cdots + a{1n}xn = 0 a{21}x1 + a{22}x2 + cdots + a{2n}xn = 0 vdots a{m1}x1 + a{m2}x2 + cdots + a{mn}x_n = 0 $$ 所有方程的常数项均为零。以下从不同角度详细解释其特性:
解的判定
解的结构
矩阵视角
应用意义
该理论体系为现代工程计算(如结构力学平衡分析)、计算机图形学(齐次坐标变换)等领域提供了数学基础。
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