线性独立
线性独立
线性独立一般是指向量的线性独立,指一组向量中任意一个向量都不能由其它几个向量线性表示。
概念引入
例如,一个运输企业Y有n辆汽车,那么Y(在单位时间)的收入(记为)可表为
这是个线性函数,其系数表示各自的贡献率,可以为0或负数,比如可表企业的定常支出等。这时则说(企业内)各车之间的关系是线性的。
特别地,所谓“线性关系”的本质就是“独立关系”(又叫线性独立),因为这时任何一辆车的“贡献”大小和有无(即其系数取正负、大小及是否取0等)皆与别的车无关。
定义
若有m+1个n维不全为零的向量
如果其中第个向量可以写成
这里为常数,则称这m+1个向量之间存在着线性关系;又称这m+1个向量线性相关;或称是的线性表出。当然,由上式可知若这m+1个向量是线性相关的,必可写成
这里必不全为零。
显然,若这m+1个向量不能够写成上面两个式子的形式,或者换个说法只有当的情况下以上两式才成立,则称这m+1个向量是线性独立的。
举例说明
例如有以下三个向量
它们是线性相关的,因为A可以由B、C线性表出,即 A=2B+C。
若将A向量除去,向量B与向量C则是线性独立的,这是因为B≠kC,k为任意常数.或者说只有才能使得
成立,所以B与C是线性独立的。
关系
线性独立与矩阵秩的关系
不难证明若有阶矩阵
如果它的n个行(列)向量是线性独立的,则该方阵的秩为n,反之如果其n个行向量或n个列向量是线性相关的,则其秩一定小于n,综上所述,可得定理如下:
定理1
n×n阶矩阵为n的充分必要条件是n个行向量或n个列向量是线性独立的。
让我们以矩阵
为例,对以上定理加以验证.由于该矩阵的三个行向量是线性相关的,故以-2乘第二行向量,以-1乘第三行向量,然后都加到第一行上去,则得到第一行全为零的矩阵
故该矩阵的秩小于n,反之,若矩阵的n个行向量或列向量是线性独立的,则无论怎样进行初等变换,也不可能将它变成某一行或某一列为零向量的形式,例如矩阵
就是这样的,该矩阵满秩,秩等于3。
定理2
设A为m×n阶矩阵,如果rankA=r,则其m个行向量中有r个是线性独立的,其他(m—r)个行向量可用其线性组合表出。此外n个列向量中也有r个是线性独立的,其它(n-r)个列向量亦可用其线性组合表出。
由此可知,A矩阵的秩的数目就是A矩阵的最大的线性独立的行(列)向量的数目。例如
因为该矩阵的位于左上角的二阶子行列式
而所有3阶子行列式皆等于零,故
则其第一列和第二列是线性独立的,第三列,第四列可以用第一列与第二列线性组合来表示,即
由定理2直接可推断出以下定理。
定理3
设A为m×n阶矩阵,又已知m≤n,如果其中m个行向量是线性独立的,则A矩阵有最大可能的秩,其秩为m。如果n≤m,若其中n个列向量是线性独立的,则A矩阵有最大可能的秩,其秩为n。
如果A矩阵具有最大可能的秩,即rankA=min(m,n),则称A矩阵为最大秩矩。
参考资料
最新修订时间:2022-08-25 14:18
目录
概述
概念引入
定义
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