直接用行列式的定义计算行列式,在一般情况下比较烦琐.本节先研究行列式的一些性质,这些性质有助于我们了解行列式的特点,从而更方便地计算行列式.
定义1.8 设n阶行列式,则将D的行依次变为相应的列,所得到的n阶行列式称为D的转置行列式,记作DT,即
性质1 行列式与它的转置行列式的值相等,即D=DT.
证 设,且记
则有
bij=aji(i,j=1,2,…,n). (1.19)
将DT按式(1.17)展开,并将式(1.19)代入,与式(1.18)比较,得
性质1说明,行列式中行与列具有同等的地位,也就是说行列式的性质凡是对行成立的对列也成立,反之亦然.因此,在证明行列式性质时,只需证明对行成立即可.
性质2 交换行列式的任意两行(列),行列式的值变号.
证 设
交换D1的第s行和第t行,得到行列式
将D1和D2分别按式(1.17)展开,得到
对比展开式(1.20)和(1.21),由于排列经过一次对换奇偶性改变,故可得D1=-D2.
推论 如果行列式中有两行(列)对应元素相同,则该行列式的值为零.
证 显然,将行列式D中具有相同对应元素的两行互换,其结果仍为D.但是根据性质2,D中具有相同对应元素的两行互换,结果为-D.则有D=-D,故D=0.
性质3 行列式某一行(列)的所有元素都乘以数k,等于用数k乘以此行列式,即
证 由行列式定义,
推论1 行列式某一行(列)所有元素的公因子可以提到行列式记号外.
推论2 若行列式某一行(列)的元素都为零,则此行列式的值为零.
推论3 若行列式中某两行(列)对应元素成比例,则此行列式的值为零.
性质4 若行列式的某一行(列)的元素都是两数之和,则此行列式可以写成两个行列式的和,这两个行列式分别以这两个数为所在行(列)对应位置的元素,其他位置的元素与原行列式相同.即若设
则D=D1+D2.
证 只证性质对行成立.由行列式定义,
性质5 行列式的某一行(列)各元素乘以同一数后加到另一行(列)对应元素上去,行列式的值不变.即若设
将D的第i行元素乘以数k加到第s行元素对应位置的元素上,得到
则D=D1.
证 由性质4及性质3的推论3,得
在行列式的计算中,通常约定用字母ri表示行列式的第i行,字母cj表示行列式的第j列,并且引入以下记号:
(1)用ri↔rj表示第i行与第j行互换,用ci↔cj表示第i列与第j列互换;(www.daowen.com)
(2)用kri表示用数k乘以行列式的第i行,用kci表示用数k乘以行列式的第i列;
(3)用rj+kri表示用数k乘以行列式的第i行的各元素加到第j行上去,用cj+kci表示用数k乘以行列式的第i列的各元素加到第j列上去.
[例1.8] 设3阶行列式=M≠0,求下列行列式的值.
解 (1)由性质1,D1=D=M.
(2)由性质2,
(3)由性质2,
(4)由性质2的推论,D4=0.
(5)由性质3,
(6)由性质3,
(7)方法一
方法二
在例1.8的(6)中要特别注意,利用性质3提取公因子时,是按一行(列)提取的.而在(8)中要注意的是若利用性质4将D8完全分拆开,应得到8个行列式之和.
因为三角行列式容易计算,所以在行列式的计算中,常利用行列式的性质将它化为三角行列式进行计算,这种方法称为化三角法.
[例1.9] 利用化三角法,计算行列式.
[例1.10] 利用化三角法,计算n+1阶行列式.
解 将D的第2,3,…,n+1列都加到第1列,再提取公因子,得
再将第1列的-aj倍分别加到第j+1列(j=1,2,…,n),得
[例1.11] 计算爪形行列式
其中未写出的元素为零.
解 将D的第j列的倍都加到第1列(j=2,3,…,n),得
[例1.12] 设
利用化三角法,证明:D=D1D2.
证* 对D1作适当的行运算ri+krj,可把D1化为下三角行列式
对D2作适当的列运算ci+k′cj,可把D2化为下三角行列式
因此,先对D的前k行作行运算ri+krj,然后对D的后n列作列运算ci+k′cj,把D化为下三角行列式
故,,即
同理,可以证明
以上两个结论可以作为公式使用.
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