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函数组线性相关(无关)的概念

下一节:函数组线性相关的必要条件

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函数组线性相关(无关)的概念课程教案、知识点、字幕

通过前面的介绍 我们知道

线性齐次微分方程 它的解集合

实际上是一个线性空间

关于线性空间 我们了解

如果想要把线性空间表示清楚

我们首先要知道

线性空间是几维线性空间

是有限维还是无穷维

如果 讨论清楚了它的维数之后

我要想把线性空间中的每一个元素

都表述清楚

我们应该找这个线性空间的一组基

那为了讨论齐次方程组

解集合这个线性空间

我们引进一个新的概念

这就是所谓的函数组的

线性相关和线性无关的概念

我们在学习线性代数课程的时候

我们知道所谓一个向量组

线性相关 线性无关指的是什么

也就是说 假设

α1 α2一直到αs是一个向量组

对这个向量组 如果我们

能找到一组不全为零的常数

k1 k2一直到ks

使得它的线性组合是一个零向量

那么我们就说

α1 α2(一直到)αs这个向量组

是线性相关的

如果说这个向量组的

一个线性组合是零向量的时候

我一定能推出

这些组合系数必须全为零

那就是说这个向量组是线性无关的

我们在这个地方看函数组的

线性相关和线性无关 从概念上讲

跟向量组的相关和线性无关

是非常类似的

我们给出函数组相关无关的定义

我们假设函数组g1(x) g2(x)到gn(x)

在区间I上有定义

也就是定义在区间I上

如果存在一组不全为零的常数

c1 c2 到cn

使得c1乘上g1(x)

加上c2乘上g2(x)

一直加到cn乘上gn(x)

在这个区间I上是总等于零的

我们就说这个函数组

在这个区间I上是线性相关的

否则 我们就称这个函数组

在这个区间I上是线性无关的

在这个定义里面

我们所谓的相关请大家注意

它一定要谈一个函数组

在什么范围内相关

因为作为函数来说 实际上

它一定是有一个自变量取值的范围

是我们要讨论的这个范围

所以说要注意一下 这个相关是说

在某一个区间I上是线性相关的

所谓的否则就线性无关

指的就是说 如果你找到这组函数

一个线性组合

在这个区间I上是恒为零的

如果在这个条件下 我们能推出

它的组合系数必须同时为零

那就说它是线性无关的

为了进一步理解这个概念

我们举一个具体的例子

比如说 我们来考虑这个函数

就是说g1(x)就等于e的λ1 x次方

g2(x)就等于e的λ2 x次方

一直到 gn(x)就等于e的λn x次方

当然它是指数函数

所以说它的定义域

是负无穷到正无穷

现在我们要做这件事情

我们证明一个结论

证明当这个λ1 λ2 到λn

互不相等时 或者是互不相同时

这个函数组gk(x)

它从1到n在任意区间I上

都是线性无关的 证明这个结论

我们怎么证明它线性无关

实际上跟证明向量组

线性无关的基本想法是一样的

也就是说我们假设

存在一组常数ck k从1到n

然后使得c1 我直接写

这个g1(x)就是e的 λ1 x次方

再加上c2 e的 λ2 x次方

再加 一直加到

cn e的λn倍的 x次方

我假设它在这上面是恒等于零的

那么这个我理解成是一个函数

右边也理解成一个函数

它不过就是函数值总等于零

那么对这个等式我们两端求导

它还是对的 求导我们就得到了

c1λ1 e的 λ1倍的x次方

加上 c2λ2 e的 λ2倍的x次方

一直加 加到

cnλn e的 λn倍的x次方

它应该等于零 当然大家一看

我再求导 它应该还是成立的

所以这样 我求二阶导

一直求导n-1阶导

我就把n-1阶导给写出来 也就是

c1λ1的n-1次方e的λ1倍的x次方

加上c2λ2的n-1次方e的λ2 x次方

再加 加到

cnλn的n-1次方 e的λn x次方

等于零

那大家看一下

这里面实际上就是有n个方程

从原来这个函数的线性组合等于零

然后我给它求了一阶导、二阶导

一直到n-1阶导

在这里面 我们可以把

c1乘上e的λ1 x次方作为一个未知量

类似地 这些都是作为未知量

如果这样子的时候

我们用矩阵形式给它写出来

那么这个方程组它的系数矩阵

应该是这样子的

系数矩阵是 第一行都是1

第二行是λ1 λ2 到λn

当然 第三行 应该就是

λ1的平方 λ2的平方

(到)λn的平方

最后一行应该是

λ1的n-1次方 λ2的n-1方

(到) λn的n-1方

这边应该就是

c1 e的λ1 x次方

一直到cn e的λn x次方

当然右边是零

这个正好是咱们在线性代数里面

非常熟悉的一个n个未知量

n个方程的 线性齐次方程组

那么现在我们来看看

它那个系数矩阵 它的行列式

应该是咱们熟悉的一个特殊行列式

叫所谓的范德蒙行列式

也就是说这个系数矩阵行列式的值

我要使用A来表示它系数矩阵的时候

它行列式的值应该是等于

这个东西连乘的

就是1小于等于j小于i小于等于n

这边应该是λi减掉λj

它要乘起来

我们的条件是说 λ1到λn互不相同

互不相同也就是在这个乘积里面

所有的因子都不等于零

这说明这个系数矩阵的行列式

是不等于零的

不等于零对齐次方程组来说

那么它就只有零解

只有零解大家看

这个指数部分是不可能等于零的

这也就意味着

这个c1 c2 到cn必须都为零

所以 我们就证明了我们要的结论

说 λ1到λn互不相同时

如果它的一个线性组合是等于零的

那么组合系数必须同时为零

这就符合了

它在这个区间上线性无关的定义

所以说这是一个在任意一个区间上

都是线性无关的函数组

微积分——多元函数与重积分课程列表:

第一章 多元函数微分学

-第一节 多元连续函数

--向量的内积与长度-1

--向量的内积与长度-2

--R^n中的点列的收敛性

--内点、外点、边界点-1

--内点、外点、边界点-2

--开集、闭集、区域

--多元函数的有关概念

--二重极限的定义

--二重极限的例题

--二次极限的定义

--连续与一致连续的定义

--连续函数的性质-1

--连续函数的性质-2

--连续函数的性质-3

-第一章 多元函数微分学--第一节练习题

-第二节 多元函数的偏导数

--偏导数的概念

--偏导数的几何意义

--高阶偏导数的概念

--混和偏导数与求导顺序无关的条件

-第一章 多元函数微分学--第二节练习题

-第三节 多元函数的全微分

--全微分的概念

--可微的必要条件

--可微的充分条件

--可微的充要条件

--多元函数的原函数

-第一章 多元函数微分学--第三节练习题

-第四节 多元函数的微分法

--复合函数微分法之一

--复合函数微分法之二

--复合函数求导数(举例)

--隐函数存在定理

--隐函数求导法(举例)

--隐函数组求导法

-第一章 多元函数微分学--第四节练习题

-第五节 多元函数的方向导数与梯度向量

--方向导数的概念

--方向导数的计算

--梯度向量的概念与计算

-第一章 多元函数微分学--第五节练习题

-第六节 映射及其微分

--映射与连续映射的概念

--映射的导数、微分、雅克比矩阵

--复合映射的微分法

-第一章 多元函数微分学--第六节练习题

-第七节 多元函数的泰勒公式(以二元函数为例)

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式

--二元函数有Peano型余项的Taylor公式-2

--二元函数带有Lagrange型余项的泰勒公式

-第一章 多元函数微分学--第七节练习题

第二章 多元函数微分学应用

-第一节 多元函数微分学的几何应用

--空间曲线的切线与法平面(之一)

--空间曲线的切线与法平面(之二)

--空间曲线的切线与法平面问题举例

--曲面的切平面与法线(之一)

--曲面的切平面与法线(之二)

--曲面的切平面与法线(之三)

--曲面的切平面与法线问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第一节练习题

-第二节 多元函数的极值

--极值点的概念和必要条件

--极值点的判别法

--极值问题举例

-第二章 多元函数微分学应用--第二节练习题

-第三节 多元函数的条件极值

--二元函数条件极值问题的提法

--三元函数条件极值问题的提法(之一)

--三元函数条件极值问题的提法(之二)

--条件极值问题的直接解法

--条件极值问题的Lagrange解法

--条件极值问题举例

--多元函数在有界闭域上的最值

--最小二乘法

-第二章 多元函数微分学应用--第三节练习题

第三章重积分

-第一节 二重积分的概念和性质

--二重重积分引入

--二重积分定义

--二重积分性质

--关于二重积分性质的例题

-第二节 二重积分的计算

--二重积分的计算:直角坐标系(1)

--二重积分的计算:直角坐标系(2)

--二重积分的计算:直角坐标系(3)

-第三章重积分--第二节练习题

-第三节 极坐标系及一般坐标系

--极坐标系

--一般坐标系

--二重积分的一般坐标变换公式

--二重积分的计算:极坐标系

--二重积分的计算:极坐标系例题

--二重积分的计算:一般坐标系例题

-第三章重积分--第三节练习题

-第四节 三重积分

--三重积分的引入

--三重积分的定义

--三重积分的性质

--直角坐标系

--三重积分的计算:例题(1)

--三重积分的计算:例题(2)

--空间坐标变换

--空间柱坐标系

--空间柱坐标系例题(1)

--空间柱坐标系例题(2)

--球坐标系

--球坐标系例题

-第三章重积分--第四节 练习题

-第五节 第一类曲线积分

--第一类曲线积分的引入

--第一类曲线积分的定义

--第一类曲线积分的性质

--第一类曲线积分的计算公式

--第一类曲线积分的计算例题

-第三章重积分--第五节 练习题

-第六节 第一类曲面积分

--第一类曲面积分的引入

--第一类曲面积分的定义

--第一类曲面积分的性质

--第一类曲面积分的计算公式

--第一类曲面积分的计算例题(1)

--第一类曲面积分的计算例题(2)

-第三章重积分--第六节 练习题

-第七节 含参变量积分

--含参定积分的定义

--含参积分的连续性

--含参积分的导数

--含参积分的例题

-- 广义含参积分的一致收敛性

--广义含参积分的连续性和积分导数

-第三章重积分--第七节 练习题

第四章 向量分析

-第一节 第二类曲线积分

--第二类曲线积分的引入

--第二类曲线积分的定义

--第二类曲线积分的性质第二类曲线积分的性质

--第二类曲线积分的性质

-第四章 向量分析--第一节 练习题

-第二节 Green公式及其应用

--平面第二类曲线积分:Green公式

--平面第二类曲线积分的计算:利用Green 公式

-第四章 向量分析--第二节 练习题

-第三节 第二类曲面积分

--曲面的定向

--第二类曲面积分的引入

--第二类曲面积分的定义与性质

--第二类曲面积分的计算

-第四章 向量分析--第三节 练习题

-第四节 Gauss公式与Stokes公式

--Gauss公式

--第二类曲面积分的计算:Gauss公式

--Stokes公式及其应用

-第四章 向量分析--第四节 练习题

-第五节 无源场,保守场与调和场

--平面保守场

--势函数及其计算

--空间保守场

--常见的场

-第四章 向量分析--第五节 练习题

第五章 常微分方程

-第一节 微分方程的基本概念

--微分方程概念举例

--微分方程的基本概念

--一阶微分方程定解问题解的存在唯一性

-第二节 可求解的一阶微分方程(初等积分法)

--变量分离方程

--齐次型方程

--可化为齐次型方程的方程

--一阶线性微分方程的概念和解的性质

--一阶线性微分方程的解法

--Bernoulli方程

--可降阶方程(之一)

--可降阶方程(之二)

-第五章 常微分方程--第二节 练习题

-第三节 高阶线性微分方程解的结构

--线性微分方程解的性质

--函数组线性相关(无关)的概念

--函数组线性相关的必要条件

--线性微分方程解函数组线性相关的判别法

--线性微分方程解的结构

-第五章 常微分方程--第三节 练习题

-第四节 高阶线性常系数微分方程

--视频5--17 二阶线性齐次微分方程的特征法

--n阶线性齐次微分方程的特征法

-- 线性齐次微分方程的特征法举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之一)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)

--二阶线性常系数非齐次微分方程的待定系数法(之二)举例

--二阶线性常系数非齐次微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法

--二阶线性微分方程的变动任意常数法(之二)

--欧拉方程

--欧拉方程举例

-第五章 常微分方程--第四节 练习题

函数组线性相关(无关)的概念笔记与讨论

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