线性无关的证明可以通过以下几种方法进行:
系数法
假设存在一组不全为零的系数 \(c_1, c_2, ..., c_n\),使得 \(c_1\mathbf{v}_1 + c_2\mathbf{v}_2 + ... + c_n\mathbf{v}_n = \mathbf{0}\)。
如果 \(c_1, c_2, ..., c_n\) 全为零,则向量组线性无关。
如果不全为零,则可以通过求解线性方程组来判断系数是否全为零。
行列式法
对于方阵 \(A\),如果 \(A\) 的行列式 \(|A| \neq 0\),则 \(A\) 的列向量线性无关。
如果 \(|A| = 0\),则 \(A\) 的列向量线性相关。
特征向量法
如果 \(A\) 的特征值互不相同,则对应的特征向量线性无关。
假设 \(A\) 的特征值为 \(\lambda_1, \lambda_2, ..., \lambda_n\),且 \(\lambda_1 \neq \lambda_2 \neq ... \neq \lambda_n\),则特征向量 \(\mathbf{x}_1, \mathbf{x}_2, ..., \mathbf{x}_n\) 线性无关。
矩阵变换法
将向量组表示为矩阵的列向量,对矩阵进行初等行变换,化为行阶梯形矩阵。
如果行阶梯形矩阵的非零行数等于列数,则向量组线性无关。
反证法
假设存在一组不全为零的系数 \(k_1, k_2, ..., k_n\),使得 \(k_1\mathbf{v}_1 + k_2\mathbf{v}_2 + ... + k_n\mathbf{v}_n = \mathbf{0}\)。
通过一系列推导,得出矛盾,从而证明向量组线性无关。
以上方法可以相互补充,具体选择哪种方法取决于问题的具体情况。需要注意的是,证明线性无关时,必须确保所使用的方法适用于所讨论的向量组或矩阵