理论教育 行列式的展开——按某行(列)展开

行列式的展开——按某行(列)展开

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:定理1.3n阶行列式等于它的任意一行(列)的各元素与其对应的代数余子式的乘积之和,即或证*首先,研究行列式D的第一行除a11外,其余元素都为0的特殊情形,即其中恰是M11的一般项,所以D=a11M11=a11(-1)1+1M11=a11A11.其次,研究D的第i行除了aij外都是0的特殊情形,即把D的第i行依次与第i-1行,第i-2行,…,2,得定理1.4n阶行列式的任意一行(列)的各元素与另一行(列)对应元素的代数余子式的乘积之和为零,即或其中i,j=1,2,…

行列式的展开——按某行(列)展开

定理1.3 n阶行列式等于它的任意一行(列)的各元素与其对应的代数余子式的乘积之和,即

* (1)首先,研究行列式D的第一行除a11外,其余元素都为0的特殊情形,即

其中恰是M11的一般项,所以

D=a11M11=a11(-1)1+1M11=a11A11.

(2)其次,研究D的第i行除了aij外都是0的特殊情形,即

把D的第i行依次与第i-1行,第i-2行,…,第2行,第1行进行交换;再将第j列依次与第j-1列,第j-2列,…,第2列,第1列进行交换,这样共经过(i-1)+(j-1)=i+j-2次交换行与交换列,并由(1)得

(3)最后,研究一般情形

利用行列式的性质4及上面的讨论(2)有

利用行列式的展开定理,可以将一个n阶行列式的计算问题转化成n个n-1阶行列式的计算问题.但是,计算n个n-1阶行列式往往也非常复杂.为使计算更为简便的一般做法是:首先利用行列式的性质将行列式的某一行(列)的元素尽可能多地化为零元素,然后再利用行列式展开定理按该行(列)进行展开,实现降阶,这种行列式的计算方法称为降阶法.

[例1.14] 利用降阶法,计算行列式.

解 选择第2列实施降阶法,得

在上例中可以看到,选出恰当的行(列)用于行列式的展开,对于降阶法的实施是十分重要的.在计算时,应充分利用行列式中的0、1和-1等特殊元素,如果没有则应尽可能地利用行列式的性质,通过变化得到.

[例1.15] 利用降阶法,计算n阶行列式.

解 将Dn按第一列展开,再利用三角行列式,得

如果行列式形式上很有规律,降阶后出现的行列式与原行列式形式上相同,就可以得到递推公式,利用递推公式最终得出行列式的值,这种方法称为递推法.

[例1.16] 利用递推法,计算n阶行列式.

得递推公式Dn=xDn-1+an(n≥2),故

Dn=x(xDn-2+an-1)+an=x2Dn-2+an-1x+an

=…=xn-2D2+a3xn-3+…+an-2x2+an-1x+an(www.daowen.com)

=xn-1D1+a2xn-2+a3xn-3+…+an-2x2+an-1x+an,

因D1=x+a1,则

Dn=xn+a1xn-1+a2xn-2+…+an-2x2+an-1x+an.

[例1.17] 证明n阶范德蒙德(Vandermonde)行列式

其中记号“”表示全体同类因子的乘积.

* 利用数学归纳法.当n=2时,有

式(1.26)成立.假设n-1阶时式(1.26)也成立,下面证明,当n阶时式(1.26)成立.

从第n行起,依次将Dn的第i-1行乘以(-x1)加到第i行,i=n,n-1,…,2,得

定理1.4 n阶行列式的任意一行(列)的各元素与另一行(列)对应元素的代数余子式的乘积之和为零,即

其中i,j=1,2,…,n.

证 这里只证明行的情况.由式(1.24)得

由于此行列式中的第i行和第j行元素对应相等,根据性质2的推论得

综合定理1.3和定理1.4,得到行列式D关于代数余子式的重要性质:

[例1.18] 已知4阶行列式,求:

(1)4A14+2A24-2A44. (2)M41+M42+M43+M44.

解 (1)4A14+2A24-2A44=4A14+2A24+0A34+(-2)A44==0.

(2)M41+M42+M43+M44

=(-1)·A41+1·A42+(-1)·A43+1·A44

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