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替换定理

发布时间:2023-09-16 02:48:59

在线性空间V中给出两个有限向量组:

1.a1,a2,…,at,;

2.b1,b2:,…,bs.

若向量组1线性无关,并且向量组1可由向量组2线性表示,则t<=s,而且适当调整{b1,b2:,…,bs.}次序,使得用a1,a2,…,at替换b1,b2:,…,bs.得的向量组后,所得到的向量与向量组2等价,此即替换定理。

(其中a1,a2,at, b1,b2:,bs中的数字1、2 以及字母t、s为下角标)

替换定理简介

设线性无关的向量组

可由向量组

线性表示,则m簇t,并且可从

中选出t一m个向量,使得向量组

与向量组(2)等价。

上述定理通常称为替换定理。

替换定理证明

替换定理方法一

设向量组(2)的极大无关组为

显然r≤t,由于(1)可由(2)线性表示,故(4)也是

的一个极大无关组,又因

线性无关,故m≤r,又r≤t,从而m≤t。

因(5)的秩为r,显然m≤r,适当选择

可把(1)扩充为(5)的一个极大无关组。

由于(4),(7)均为(5)的极大无关组,故(4)与(7)等价,故(7)是(2)的极大无关组,从(2)中

之外选取

,可得向量组

显然,

(8)和

(2)等价。

替换定理方法二

由题设

,得

若m>t,则

必有非零解

,(未知量个数大于方程个数,故也)。从而有

,即

线性相关,这与题设矛盾,因此m≤t。

下证第二部分,设向量组(2)的秩为r,不防设

是(2)的极大无关组,则

由上述证明可知必有m≤t,由于

线性无关,故由(4)中

的系数组成的矩阵

的秩必为m,故它一定存在一个m阶子式不为0,不防设它的前m列构成的m阶子式不为0,由此易知

可由

线性表示,故

等价,又因为是(2)的极大无关组,因此

等价。

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