线性方程组有唯一解,当且仅当其系数矩阵是满秩的(即矩阵的秩等于其行数或列数,取决于具体情况)。
一、线性方程组有唯一解的充要条件:
设线性方程组为:
$$ \begin{cases} a_{11}x1 + a{12}x2 + \cdots + a{1n}x_n = b1 \ a{21}x1 + a{22}x2 + \cdots + a{2n}x_n = b2 \ \vdots \ a{n1}x1 + a{n2}x2 + \cdots + a{nn}x_n = b_n \end{cases} $$
系数矩阵为 $ A = [a_{ij}] $,常数项为 $ b = [b_1, b_2, \dots, b_n]^T $,变量为 $ x = [x_1, x_2, \dots, x_n]^T $。
则线性方程组有唯一解的充要条件是:
$$ \text{rank}(A) = \text{rank}(A|b) = n $$
其中 $ n $ 是方程组的变量个数。
二、具体判断方法:
- 系数矩阵 $ A $ 的秩为 $ n $(即 $ A $ 是满秩矩阵)。
- 增广矩阵 $ A|b $ 的秩也为 $ n $。
- 系数矩阵 $ A $ 的行列式不为零(当 $ n = 1 $ 时,行列式即为常数项)。
三、举例说明:
例 1:有唯一解
$$ \begin{cases} x + y = 3 \ 2x + 3y = 7 \end{cases} $$
系数矩阵:
$$ A = \begin{bmatrix} 1 & 1 \ 2 & 3 \end{bmatrix}, \quad b = \begin{bmatrix} 3 \ 7 \end{bmatrix} $$
行列式:
$$ \det(A) = (1)(3) - (1)(2) = 3 - 2 = 1 \neq 0 $$
所以有唯一解。
四、无唯一解的情况:
- 系数矩阵秩小于变量个数(即 $ \text{rank}(A) < n $)。
- 行列式为零(当 $ n > 1 $ 时)。
- 增广矩阵秩大于变量个数。
五、结论:
线性方程组有唯一解,当且仅当:
$$ \text{rank}(A) = n $$
如需进一步了解线性方程组的解的结构(如无穷解、无解等),也可以继续提问!