一个线性代数的应用实例

利用线性代数可以给某些问题很精妙的证明,Matrix67就给出了一个这样的例子,这也让我想起以前看见的另外一个例子,分享如下:

是否存在不全相等的2n+1个数x_1,x_2,\cdots,x_{2n+1},使得任意删除一个数,剩下2n个数可以均分为2组,每组n个数的和都相等。

如果限定x_i是整数,这就是一个简单的高中(初中?)数学竞赛中的数论题,

由于2n+1个数,任意去掉一个数剩下的数的和都是偶数,这意味着所有2n+1个数的奇偶性相同。如果它们都是偶数,那么将它们都除以2,如果都是奇数,将它们减一再除2。这样操作之后得到的数仍然满足上面的条件,这样经过若干步之后所有数都相等(等于0或者-1),这意味着原来的原来的2n+1个数必然全部相等。

很可惜,如果不要求x_i是整数,上面的证明就失效了。但利用线性代数里的一些简单事实,我们很快就能得出同样的结论,这样的a_i必然全部相等

x为列向量(x_1,x_2,\cdots,x_{2n+1}),假设去掉x_i之后,剩下来的数可以分为和相等的两等分子集,那么存在行向量a_i使得a_ix=0,其中a_i的第i个位置为0,其余2n个元素恰好有n个1和-1。

令矩阵A=[a_i],其中a_iA的第i行。那么Ax=0,我们证明x的所有元素都必然相等。

J为同样大小的全1矩阵,那么A+J除了对角线上都是1之外,其余位置都是偶数,这样矩阵行列式det(A+J)的表达式中有一个唯一的奇数,这意味着det(A+J)\neq 0,从而rank(A+J)=n,所以rank(A)\geq rank(A+J)-rank(J)=n-1

Ax=0至多一个非零解,可验证x=(1,1,\cdots,1)就是它的唯一解。

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7条留言 -> 跳到留言表格
  • At 2009.06.01 13:24, DaiLiang said:

    有趣。

    • At 2009.06.02 14:58, cuckoo said:

      cool!

      • At 2009.06.03 17:24, xhinker said:

        博士的思维方式就是不同的

        • At 2009.06.06 20:28, cosbeta said:

          该域名鸟?

          • At 2009.06.08 18:33, Hamed said:

            just a test!

            • At 2009.07.29 19:37, SpaceForce said:

              利用常见的线性代数公式,却能这么有趣

              • At 2009.11.11 16:12, hhhh31415926 said:

                出个题,n元子集{1,2,...,n}, 不能找到n+1个子集,两两相交都恰为单元集。

                当然了,有纯组合的方法,当然也有线性代数的方法。

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