Однородная система
Система \(Ax=0\) называется однородной. Нулевой столбец \(x=0\) всегда является её решением. Если \(x_1\) и \(x_2\) — решения, то для любых чисел \(\alpha,\beta\)
\[A(\alpha x_1+\beta x_2)=\alpha Ax_1+\beta Ax_2=0.\]
Поэтому множество решений — линейное подпространство, называемое ядром матрицы или линейного отображения: \(\ker A\).1
Фундаментальная система решений
Пусть \(A\) имеет \(n\) столбцов и ранг \(r\). Тогда пространство решений однородной системы имеет размерность \(n-r\). Любой его базис
\[\varphi_1,\ldots,\varphi_{n-r}\]
называют фундаментальной системой решений. Общее решение записывается
\[x=c_1\varphi_1+\cdots+c_{n-r}\varphi_{n-r},\]
где коэффициенты \(c_i\) произвольны. Если \(r=n\), то \(\ker A=\{0\}\). Размерность ядра равна нулю. По стандартному соглашению базис нулевого пространства — пустая система. Единственное решение однородной системы в этом случае — \(x=0\).1
Неоднородная система
Пусть \(Ax=b\) совместна и \(x_p\) — любое фиксированное частное решение. Если \(x\) — другое решение, то
\[A(x-x_p)=Ax-Ax_p=b-b=0,\]
то есть \(x-x_p\in\ker A\). Поэтому все решения имеют вид
\[x=x_p+x_h,\qquad x_h\in\ker A.\]
Множество решений — аффинное множество \(x_p+\ker A\). При \(b\ne0\) нулевой вектор не является решением, потому что \(A0=0\ne b\). Поэтому \(x_p+\ker A\) является аффинным, а не линейным подпространством.1