
【計】 homogeneous linear equations
齊次線性方程組(homogeneous system of linear equations)是線性代數中的核心概念,指由若幹線性方程構成且常數項均為零的方程組。其标準形式可表示為:
$$
begin{cases}
a_{11}x1 + a{12}x2 + cdots + a{1n}xn = 0
a{21}x1 + a{22}x2 + cdots + a{2n}xn = 0
vdots
a{m1}x1 + a{m2}x2 + cdots + a{mn}x_n = 0
end{cases}
$$
對應的矩陣形式為 *A**x =0,其中A 是系數矩陣,x 是未知數向量,0 是零向量。
平凡解與非平凡解
齊次方程組必定存在零解(即所有未知數取0),稱為平凡解。若系數矩陣的秩小于未知數個數(rank(A) < n),則存在無窮多非零解(非平凡解)。
解空間的維數
非平凡解構成向量空間,其維度為 n - rank(A),稱為解空間的維數。例如,若 rank(A) = 2 且 n = 3,則解空間是一維直線。
基礎解系與通解
基礎解系是該解空間的一組基,通解可表示為這些基向量的線性組合。例如,若基礎解系為ξ₁,ξ₂,則通解為 k₁ξ₁ + k₂ξ₂(k₁, k₂ ∈ ℝ)。
齊次方程組在工程、物理和計算機圖形學中用于描述平衡狀态或幾何變換的核空間。相關定理如“非平凡解存在性條件”在《線性代數及其應用》(David C. Lay 著)中有詳細推導,MIT OpenCourseWare 也提供了公開課程資料佐證解的結構分析。
齊次線性方程組是線性代數中的核心概念,其定義為由形如以下方程構成的方程組: $$ a_{11}x1 + a{12}x2 + cdots + a{1n}xn = 0 a{21}x1 + a{22}x2 + cdots + a{2n}xn = 0 vdots a{m1}x1 + a{m2}x2 + cdots + a{mn}x_n = 0 $$ 所有方程的常數項均為零。以下從不同角度詳細解釋其特性:
解的判定
解的結構
矩陣視角
應用意義
該理論體系為現代工程計算(如結構力學平衡分析)、計算機圖形學(齊次坐标變換)等領域提供了數學基礎。
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