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要证明n个n维向量线性相关,我们可以使用以下逻辑和定理:
线性相关定理
向量组线性相关的充要条件是存在不全为零的系数,使得这些向量的线性组合为零向量。
矩阵秩的性质
对于一个矩阵,其秩(rank)表示该矩阵中线性无关的列(或行)的最大数目。
对于一个n维向量组构成的矩阵,其秩最大为n。
证明过程
假设有一个由n个n维向量组成的矩阵A,其列向量组为${mathbf{a}_1, mathbf{a}_2, ..., mathbf{a}_n}$。
如果矩阵A的秩$r(A) < n$,则A中至少有一个向量可以由其他向量线性表示,即向量组线性相关。
如果矩阵A的秩$r(A) = n$,则A中的列向量组线性无关。但是,当我们向这个线性无关的向量组中添加一个额外的向量时,由于向量组的秩最大为n,新添加的向量必然可以由原来的n个向量线性表示,因此整个向量组变得线性相关。
特殊情况下的证明
对于n+1个n维向量,构成的矩阵的秩最多为n,即$r(A) leq n$。
由于秩最大为n,小于向量的个数n+1,所以存在不全为零的系数使得线性组合为零向量,即向量组线性相关。
综上所述,我们可以得出结论:任意n个n维向量组成的向量组是线性相关的。这一结论也可以通过数学归纳法或者直接应用线性相关定理得出