题目
若向量组 alpha=(1,1,2),beta=(1,1,-1),gamma=(k,2,1) 线性相关,则 k= _____.
若向量组 $\alpha=(1,1,2)$,$\beta=(1,1,-1)$,$\gamma=(k,2,1)$ 线性相关,则 $k=$ _____.
题目解答
答案
向量组 $\alpha = (1, 1, 2)$,$\beta = (1, 1, -1)$,$\gamma = (k, 2, 1)$ 线性相关,当且仅当由这些向量构成的矩阵的行列式为零。构成的矩阵为:
\[
A = \begin{pmatrix}
1 & 1 & k \\
1 & 1 & 2 \\
2 & -1 & 1
\end{pmatrix}
\]
计算行列式:
\[
\det(A) = \begin{vmatrix}
1 & 1 & k \\
1 & 1 & 2 \\
2 & -1 & 1
\end{vmatrix} = 1 \cdot \begin{vmatrix}
1 & 2 \\
-1 & 1
\end{vmatrix} - 1 \cdot \begin{vmatrix}
1 & 2 \\
2 & 1
\end{vmatrix} + k \cdot \begin{vmatrix}
1 & 1 \\
2 & -1
\end{vmatrix}
\]
计算二阶行列式:
\[
\begin{vmatrix}
1 & 2 \\
-1 & 1
\end{vmatrix} = 1 \cdot 1 - 2 \cdot (-1) = 3
\]
\[
\begin{vmatrix}
1 & 2 \\
2 & 1
\end{vmatrix} = 1 \cdot 1 - 2 \cdot 2 = -3
\]
\[
\begin{vmatrix}
1 & 1 \\
2 & -1
\end{vmatrix} = 1 \cdot (-1) - 1 \cdot 2 = -3
\]
代入得:
\[
\det(A) = 1 \cdot 3 - 1 \cdot (-3) + k \cdot (-3) = 3 + 3 - 3k = 6 - 3k
\]
令行列式等于零:
\[
6 - 3k = 0 \implies k = 2
\]
因此,$k$ 的值为 $\boxed{2}$。
解析
本题考查向量组线性相关的性质以及行列式的计算。解题思路是根据向量组线性相关的充要条件,即由这些向量构成的矩阵的行列式为零,先构造出矩阵,再计算其行列式,最后令行列式的值为零,解出$k$的值。
- 构造矩阵:
已知向量组$\alpha=(1,1,2)$,$\beta=(1,1,-1)$,$\gamma=(k,2,1)$,将它们按列构成矩阵$A$:
$A = \begin{pmatrix} 1 & 1 & k \\ 1 & 1 & 2 \\ 2 & -1 & 1 \end{pmatrix}$ - 计算行列式$\det(A)$:
根据三阶行列式按第一行展开的法则$\begin{vmatrix}a_{11}&a_{12}&a_{13}\\a_{21}&a_{22}&a_{23}\\a_{31}&a_{32}&a_{33}\end{vmatrix}=a_{11}\begin{vmatrix}a_{22}&a_{23}\\a_{32}&a_{33}\end{vmatrix}-a_{12}\begin{vmatrix}a_{21}&a_{23}\\a_{31}&a_{33}\end{vmatrix}+a_{13}\begin{vmatrix}a_{21}&a_{22}\\a_{31}&a_{32}\end{vmatrix}$,可得:
$\det(A) = \begin{vmatrix} 1 & 1 & k \\ 1 & 1 & 2 \\ 2 & -1 & 1 \end{vmatrix} = 1 \cdot \begin{vmatrix} 1 & 2 \\ -1 & 1 \end{vmatrix} - 1 \cdot \begin{vmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} + k \cdot \begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 2 & -1 \end{vmatrix}$ - 计算二阶行列式的值:
根据二阶行列式的计算公式$\begin{vmatrix}a&b\\c&d\end{vmatrix}=ad - bc$,分别计算上述三个二阶行列式:- $\begin{vmatrix} 1 & 2 \\ -1 & 1 \end{vmatrix} = 1 \cdot 1 - 2 \cdot (-1) = 1 + 2 = 3$
- $\begin{vmatrix} 1 & 2 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = 1 \cdot 1 - 2 \cdot 2 = 1 - 4 = -3$
- $\begin{vmatrix} 1 & 1 \\ 2 & -1 \end{vmatrix} = 1 \cdot (-1) - 1 \cdot 2 = -1 - 2 = -3$
- 将二阶行列式的值代入$\det(A)$并化简:
$\det(A) = 1 \cdot 3 - 1 \cdot (-3) + k \cdot (-3) = 3 + 3 - 3k = 6 - 3k$ - 令$\det(A)=0$,解出$k$的值:
$6 - 3k = 0$
移项可得$3k = 6$,两边同时除以$3$,解得$k = 2$。