向量组等价的定义是:如果两个向量组可以互相线性表示,则称这两个向量组等价。因此,证明两个向量组等价的方法主要有以下几种:
证明三秩相等
设向量组A: \(a_1, a_2, \ldots, a_m\) 与向量组B: \(b_1, b_2, \ldots, b_n\);
欲证明向量组A与向量组B等价,只需证明 \(\text{rank}(A) = \text{rank}(B) = \text{rank}(A,B)\),其中A和B是向量组A和B所构成的矩阵,\(\text{rank}(A)\)表示矩阵A的秩,\(\text{rank}(B)\)表示矩阵B的秩,\(\text{rank}(A,B)\)表示增广矩阵(A,B)的秩。
证明互相线性表示
如果两个向量组可以互相线性表示,即存在一组数 \(a_1, a_2, \ldots, a_n\),使得对任意 \(i = 1, 2, \ldots, n\),有 \(a_1 \cdot A_1 + a_2 \cdot A_2 + \ldots + a_n \cdot A_n = b_1 \cdot B_1 + b_2 \cdot B_2 + \ldots + b_n \cdot B_n\),则称这两个向量组等价。
证明一个向量组可由另一个向量组线性表示,并且秩相等
如果向量组A可由向量组B线性表示,且 \(\text{rank}(A) = \text{rank}(B)\),则A与B等价。
例子
假设有两个向量组:
向量组A: \((1, 0, 0), (0, 1, 0)\)
向量组B: \((1, 0, 0), (0, 0, 1)\)
这两个向量组的秩都是2,但它们不能互相线性表示,因此它们不等价。具体来说:
向量组A中的向量 \((1, 0, 0)\) 不能由向量组B线性表示,因为B中不存在只有 \((1, 0, 0)\) 的线性组合。
向量组B中的向量 \((0, 0, 1)\) 不能由向量组A线性表示,因为A中不存在只有 \((0, 0, 1)\) 的线性组合。
总结
证明两个向量组等价的关键在于证明它们可以互相线性表示,或者证明它们的秩相等且可以通过线性组合相互表示。这些方法都可以从不同的角度验证向量组的等价性。