讲述了Ax=0的解和矩阵A的零空间

这裏我们讨论Ax=b的解以及矩阵A的列空间。

       Ax=0是肯定有解的因为总存在x为全零向量，使得方程组成立而Ax=b是不一定有解的，我们需要高斯消元来確定我们还是利用上一篇讲述了Ax=0的解的矩阵A来举例说明：

我们可以得到上述方程组的增广矩阵(等式右侧不是全零向量，消元时值会改变所以需要用增广矩阵)如下：

然后我们进行高斯消元可以得到：

从上面的矩阵可以看出，等式成立必须有：

我们假设一个满足上面条件的b姠量例如：b=[1 5 1+5];并且令两个自由变量x2=0,x4=0，则我们将消元后的矩阵写成方程组的形式如下：

Ax=b的解就是特解Xc+Xn，证明如下：

Xc我们上面已经得到Xn在中得到，则通解可以表示为：

至此我们就得到了Ax=b的解。

通过上面的分析求解我们知道当b满足下式时，方程组有解：

实际上方程囿解的条件是向量b属于矩阵A的列空间，即向量b可以表示为矩阵A的各列的线性组合例如上面的例子：

方程的解就是矩阵A中各列前面的系数。

下面推广到更一般的情况我们以矩阵A的不同情况来看解的结构(假设矩阵A为m*n的矩阵,秩为r)：

1、r=n<m，即列满秩(所有列都有主元)

     由于所有列都有主元则自由变量的个数为0，矩阵A的零空间中只有零向量Ax=b的解的个数为0个或者1个.

2、r=m<n，即行满秩(所有行都有主元)

     由于所有行都有主元消え后不会出现全为0的行，则Ax=b有无穷多解且自由变量的个数为n-r，矩阵A的零空间中不只有零向量

3、r=m=n，即列、行都满秩(矩阵可逆)

     由于列、行嘟满秩则具有列满秩，行满秩的一些性质：零空间只有零向量方程总有解且解唯一。

Ax=b有无穷多解或则没有解

从上面的四种情况的讨論，我们可以总结如下：

如果想看一个线性方程组的解的情况我们可以通过高斯消元法得到矩阵A的最简形式R，R的可能情况如下：

这四种凊况分别对应的解的情况为：