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数学
题目

已知向量组alpha_1, alpha_2, alpha_3, ldots线性无关,则A 向量组alpha_1, alpha_1 - alpha_2, alpha_1 - alpha_2 - alpha_3线性相关B 向量组alpha_1, alpha_1 + alpha_2, alpha_1 + alpha_2 + alpha_3线性相关C 向量组alpha_1 + alpha_2, alpha_2 + alpha_3, alpha_1 + alpha_3线性相关D 向量组alpha_1 - alpha_2, alpha_2 - alpha_3, alpha_1 - alpha_3线性相关

已知向量组$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3, \ldots$线性无关,则 A 向量组$\alpha_1, \alpha_1 - \alpha_2, \alpha_1 - \alpha_2 - \alpha_3$线性相关 B 向量组$\alpha_1, \alpha_1 + \alpha_2, \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$线性相关 C 向量组$\alpha_1 + \alpha_2, \alpha_2 + \alpha_3, \alpha_1 + \alpha_3$线性相关 D 向量组$\alpha_1 - \alpha_2, \alpha_2 - \alpha_3, \alpha_1 - \alpha_3$线性相关

题目解答

答案

答案:D

解析:

A. 考虑向量组 $\alpha_1, \alpha_1 - \alpha_2, \alpha_1 - \alpha_2 - \alpha_3$,设 $k_1 \alpha_1 + k_2 (\alpha_1 - \alpha_2) + k_3 (\alpha_1 - \alpha_2 - \alpha_3) = 0$,整理得 $(k_1 + k_2 + k_3) \alpha_1 + (-k_2 - k_3) \alpha_2 + (-k_3) \alpha_3 = 0$。由线性无关性,系数全为零,解得 $k_1 = k_2 = k_3 = 0$,故线性无关。

B. 同理,对于向量组 $\alpha_1, \alpha_1 + \alpha_2, \alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3$,同样可得 $k_1 = k_2 = k_3 = 0$,线性无关。

C. 对于向量组 $\alpha_1 + \alpha_2, \alpha_2 + \alpha_3, \alpha_1 + \alpha_3$,设 $k_1 (\alpha_1 + \alpha_2) + k_2 (\alpha_2 + \alpha_3) + k_3 (\alpha_1 + \alpha_3) = 0$,整理得 $(k_1 + k_3) \alpha_1 + (k_1 + k_2) \alpha_2 + (k_2 + k_3) \alpha_3 = 0$。解得 $k_1 = k_2 = k_3 = 0$,线性无关。

D. 对于向量组 $\alpha_1 - \alpha_2, \alpha_2 - \alpha_3, \alpha_1 - \alpha_3$,设 $k_1 (\alpha_1 - \alpha_2) + k_2 (\alpha_2 - \alpha_3) + k_3 (\alpha_1 - \alpha_3) = 0$,整理得 $(k_1 + k_3) \alpha_1 + (-k_1 + k_2) \alpha_2 + (-k_2 - k_3) \alpha_3 = 0$。解得 $k_1 = k_2 = -k_3$,存在非零解,线性相关。

结论: 正确选项为 $\boxed{D}$。

解析

考查要点:本题主要考查向量组的线性相关性判断,特别是通过构造线性组合方程,结合原向量组线性无关的性质,分析各选项中向量组的线性相关性。

解题核心思路:

  1. 线性无关的定义:若原向量组线性无关,则其任何线性组合仅在系数全为零时成立。
  2. 构造齐次方程:对每个选项中的向量组,假设存在线性组合等于零,展开后整理成原向量组的线性组合形式。
  3. 解方程组:根据原向量组的线性无关性,系数必须全为零,解方程组判断是否存在非零解。若存在非零解,则向量组线性相关;否则线性无关。

破题关键点:

  • 选项D的特殊性:通过观察选项D中的向量关系,发现$\alpha_1 - \alpha_3 = (\alpha_1 - \alpha_2) + (\alpha_2 - \alpha_3)$,即第三个向量可由前两个线性表示,直接说明线性相关。

选项A

设$k_1 \alpha_1 + k_2 (\alpha_1 - \alpha_2) + k_3 (\alpha_1 - \alpha_2 - \alpha_3) = 0$,整理得:
$(k_1 + k_2 + k_3)\alpha_1 + (-k_2 - k_3)\alpha_2 + (-k_3)\alpha_3 = 0.$
由$\alpha_1, \alpha_2, \alpha_3$线性无关,系数全为零:
$\begin{cases}k_1 + k_2 + k_3 = 0, \\-k_2 - k_3 = 0, \\-k_3 = 0.\end{cases}$
解得$k_1 = k_2 = k_3 = 0$,故线性无关。

选项B

设$k_1 \alpha_1 + k_2 (\alpha_1 + \alpha_2) + k_3 (\alpha_1 + \alpha_2 + \alpha_3) = 0$,整理得:
$(k_1 + k_2 + k_3)\alpha_1 + (k_2 + k_3)\alpha_2 + k_3\alpha_3 = 0.$
同理,系数全为零:
$\begin{cases}k_1 + k_2 + k_3 = 0, \\k_2 + k_3 = 0, \\k_3 = 0.\end{cases}$
解得$k_1 = k_2 = k_3 = 0$,故线性无关。

选项C

设$k_1 (\alpha_1 + \alpha_2) + k_2 (\alpha_2 + \alpha_3) + k_3 (\alpha_1 + \alpha_3) = 0$,整理得:
$(k_1 + k_3)\alpha_1 + (k_1 + k_2)\alpha_2 + (k_2 + k_3)\alpha_3 = 0.$
系数全为零:
$\begin{cases}k_1 + k_3 = 0, \\k_1 + k_2 = 0, \\k_2 + k_3 = 0.\end{cases}$
解得$k_1 = k_2 = k_3 = 0$,故线性无关。

选项D

设$k_1 (\alpha_1 - \alpha_2) + k_2 (\alpha_2 - \alpha_3) + k_3 (\alpha_1 - \alpha_3) = 0$,整理得:
$(k_1 + k_3)\alpha_1 + (-k_1 + k_2)\alpha_2 + (-k_2 - k_3)\alpha_3 = 0.$
系数全为零:
$\begin{cases}k_1 + k_3 = 0, \\-k_1 + k_2 = 0, \\-k_2 - k_3 = 0.\end{cases}$
解得$k_1 = k_2 = -k_3$,存在非零解(如$k_1=1, k_2=1, k_3=-1$),故线性相关。

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