线性方程组是各个方程关于未知量均为一次的方程组,而齐次线性方程组和非齐次线性方程组是线性方程组的两种类型,二者区别在于常数项是否全为零:
齐次线性方程组
含有n n n 个未知数x 1 , x 2 , ⋯ , x n x_1,x_2,\cdots,x_n x 1 , x 2 , ⋯ , x n 的齐次线性方程组的一般形式为:{ a 11 x 1 + a 12 x 2 + ⋯ + a 1 n x n = 0 a 21 x 1 + a 22 x 2 + ⋯ + a 2 n x n = 0 ⋯ a m 1 x 1 + a m 2 x 2 + ⋯ + a m n x n = 0 \begin{cases} a_{11}x_1 + a_{12}x_2 + \cdots + a_{1n}x_n = 0 \\ a_{21}x_1 + a_{22}x_2 + \cdots + a_{2n}x_n = 0 \\ \cdots \\ a_{m1}x_1 + a_{m2}x_2 + \cdots + a_{mn}x_n = 0 \end{cases} ⎩
⎨
⎧ a 11 x 1 + a 12 x 2 + ⋯ + a 1 n x n = 0 a 21 x 1 + a 22 x 2 + ⋯ + a 2 n x n = 0 ⋯ a m 1 x 1 + a m 2 x 2 + ⋯ + a mn x n = 0 其中a i j a_{ij} a ij (i = 1 , 2 , ⋯ , m i = 1,2,\cdots,m i = 1 , 2 , ⋯ , m ;j = 1 , 2 , ⋯ , n j = 1,2,\cdots,n j = 1 , 2 , ⋯ , n )是方程组的系数,m m m 是方程的个数。齐次线性方程组的显著特点是等号右边的常数项全为0 0 0 。由于x 1 = x 2 = ⋯ = x n = 0 x_1 = x_2 = \cdots = x_n = 0 x 1 = x 2 = ⋯ = x n = 0 必定是它的解,这个解被称为零解。如果方程组还有其他解,那么这些解就被叫做非零解。判断齐次线性方程组是否有非零解,通常可以通过系数矩阵的秩来确定。当系数矩阵A A A 的秩 r ( A ) < n r(A) < n r ( A ) < n (未知数的个数)时,方程组有非零解;当 r ( A ) = n r(A) = n r ( A ) = n 时,方程组只有零解。
非齐次线性方程组
含有n n n 个未知数x 1 , x 2 , ⋯ , x n x_1,x_2,\cdots,x_n x 1 , x 2 , ⋯ , x n 的非齐次线性方程组的一般形式为:{ a 11 x 1 + a 12 x 2 + ⋯ + a 1 n x n = b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + ⋯ + a 2 n x n = b 2 ⋯ a m 1 x 1 + a m 2 x 2 + ⋯ + a m n x n = b m \begin{cases} a_{11}x_1 + a_{12}x_2 + \cdots + a_{1n}x_n = b_1 \\ a_{21}x_1 + a_{22}x_2 + \cdots + a_{2n}x_n = b_2 \\ \cdots \\ a_{m1}x_1 + a_{m2}x_2 + \cdots + a_{mn}x_n = b_m \end{cases} ⎩
⎨
⎧ a 11 x 1 + a 12 x 2 + ⋯ + a 1 n x n = b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 + ⋯ + a 2 n x n = b 2 ⋯ a m 1 x 1 + a m 2 x 2 + ⋯ + a mn x n = b m 其中a i j a_{ij} a ij (i = 1 , 2 , ⋯ , m i = 1,2,\cdots,m i = 1 , 2 , ⋯ , m ;j = 1 , 2 , ⋯ , n j = 1,2,\cdots,n j = 1 , 2 , ⋯ , n )是方程组的系数,b i b_i b i (i = 1 , 2 , ⋯ , m i = 1,2,\cdots,m i = 1 , 2 , ⋯ , m )是常数项,且至少有一个b i ≠ 0 b_i\neq0 b i = 0 。非齐次线性方程组解的情况较为复杂,需要通过增广矩阵 ( A b ) \begin{pmatrix}A & b\end{pmatrix} ( A b ) (A A A 为系数矩阵,b b b 为常数项列向量)的秩与系数矩阵 A A A 的秩之间的关系来判断:
当 r ( A ) ≠ r ( A b ) r(A) \neq r\begin{pmatrix}A & b\end{pmatrix} r ( A ) = r ( A b ) 时,方程组无解;
当 r ( A ) = r ( A b ) = n r(A) = r\begin{pmatrix}A & b\end{pmatrix}= n r ( A ) = r ( A b ) = n (未知数的个数)时,方程组有唯一解;
当 r ( A ) = r ( A b ) < n r(A) = r\begin{pmatrix}A & b\end{pmatrix}< n r ( A ) = r ( A b ) < n 时,方程组有无穷多解。