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【内容摘要】行列式是高等代数课程里基本而重要的内容之一,在数学中有着广泛的应用,懂得如何计算行列式显得尤为重要。本文先阐述行列式的基本理论,然后介绍各种具体的方法,最后由行列式与其它知识的联系介绍其它几种方法。通过这一系列的方法进一步提高我们对行列式的认识,对我们以后的学习带来十分有益的帮助。
【关键词】行列式 ; 矩阵; 范德蒙行列式 ; 递推法
Abstract: Determinant is an basic and important subject in advanced algebra ,it is very useful in mathematic. It is very important to know how to calculate determinant. The paper first introduced the basic nature of determinant,then introduced some methods, Finally,with the other determinant of knowledge on the links in several other ways.,through this series of methods will futher enhance our understanding of the determinant,on our learning will bring very useful help.
Keywords: Determinant;matrix;Vandermonde Determinant; recurrence method
引 言
行列式在高等代数课程中的重要性以及在考研中的重要地位使我们有必要对行列式进行较深入的认识,本文对行列式的解题技巧进行总结归纳。
作为行列式本身而言,我们除了利用行列式的性质化三角行列式和按行或列展开公式使行列式降阶这些常用的手法外,要根据行列式不同的特点采用特殊的方法,如递推法,数学归纳法,加边法( 升阶法),以及利用范德蒙行列式的结论等等。
定义 行列式与矩阵不同,行列式是一个值,它是所有不同行不同列的数的积的和,那些数的乘积符号由他们的逆序数之和有关,逆序数之和为偶数符号为正,逆序数之和为奇数符号为负。这一定义可以写成d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e.png
1、行列式的行列互换,行列式不变;
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2、互换行列式中的两行或者两列,行列式反号;
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3、行列式中某行乘以一个数等于行列式乘以这个数;
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4、行列式的某两行或者某两列成比例,行列式为零;
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5、行列式的某一列或者某一行可以看成两列或两行的和时,行列式可拆另两个行列式的和。
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7、行列式有两行(列)相同,则行列式为零。
1.3 基本理论
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2.降阶定理8b66dc97237ee03f185343b7795fd1c7.png
3.11812ce0b44ef4c08869d130128ae96b.png
4.54abc9966590892cd1a49211f3037c24.png
5.非零矩阵k左乘行列式的某一行加到另一行上,则新的分块行列式与原来相等。
1.4几种特殊行列式的结果
1. 三角行列式
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2. 对角行列式
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3.对称与反对称行列式
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4.f4c5bda32e2c729754f1294ef70a9d50.png
2.1定义法
例1:计算行列式43512c8bdc8573e34d3b3f133e628ac6.png
解:由行列式定义知9469be43e82f65087e7f9d589326caee.png
将行列式化为上三角形行列式计算步骤,如果第一行第一个元素为零,首先将第一行(或第一列)与其它任一行(或列)交换,使第一行第一个元素不为零,然后把第一行分别乘以适当数加到其它各行,使第一列除第一个元素外其余元素全为零,再用同样的方法处理除去第一行加第一列余下的低阶行列式依次做下去,直至是它成为上三角形行列式,这时主对角线上元素的乘积就是行列式的值。
例2 计算行列式8c026d9022704cd37e378679c36eac72.png
解:各行加到第一行中去
2d8b097e33c697358bbd96b464aa436b.png
例3 计算行列式
040575b020ba63f278451e3844ad4c3b.png
解:从倒数第二行(-1)倍加到第n行
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除了较简单的行列式(如上、下三角行列式等)可以用定义直接计算,少数几类行列式可利用行列式性质直接计算外,一般行列式计算的主要方法是利用行列式的性质做恒等变形化简,使行列式中出现较多的零元素,然后直接用特殊的行列式的值来计算(如上(下)三角行列式等)或利用按行(列)展开定理降低行列式的阶数。
例4 7834f0e3b4fdc041da18fc2b808a38de.png
解: 按第1列展开得
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对于形如d8bf4c32d104c120d0ce52691e5bc063.png
例5 计算行列式 dc1f4ab4d17637d048b5ec08ff6d3000.png
解:7107122a58a8c14f1efefdf9e370cfba.png
对于形如bb59a5e22f1b40ff6fac46df14d3a5e6.png
方法1 如果n比较小,则直接递推计算
方法2 用第二数学归纳法证明:即验证n=1时结论成立,设6a81e408cef225fc2cff9b04a74a9598.png
方法3 将69749b5f72f3d9cbd1a003d9b9fbf94a.png
方法4 设d6cd6119a5bc1fdca0aa27f933e5f118.png
例6 计算行列式 9a4ae03d7d265b9d08f71c91ec0d90e9.png
解:87525a185af126dcfd447dd1d5fa509e.png
0b5d8be3d9cd8e33fe8a0c23c7d09477.png
79bc817ee3fbc44a83d80ba1afacbd90.png
777fc658fac966ad77a1df7768192be3.png
得 2096744279f74b2beb6f5f5e553389ea.png
同理,得 cf9e07deca54c5a199c67d4f26cf3c98.png
所以 d5500748131637040e5f1fd9bf9ad377.png
范德蒙行列式具有逐行元素递增的特点。因此遇到具有逐行(或列)元素方幂递增或递减的所谓范德蒙型的行列式时,可以考虑将其转化为范德蒙行列式并利用相应的结果求值
例7 计算行列式 1da75e66c9fbc69033d4779a00e8eb57.png
解:把第1行的-1倍加到第2行,把新的第2行的-1倍加到第3行,以此推直到把新的第47425da90092a0727c15c009fac9f866.png
ac5a715c7a21d07004ae6715697b944a.png
对于形如2fe291cd2f50f01d8a736480f30af4bd.png
例8 计算行列式 e73d8fc3530c65086da6bbeeeb2c5d79.png
解: 将第1,2··n-1 列加到第n列,得
eb71411e9037391848e52cb3f44b4612.png
2.8降阶法
将行列式的展开定理与行列式性质结合使用,即先利用性质将行列式的某一行(或某一列)化成仅含一个非零元素,然后按此行(列)展开,化成低一阶的行列式,如此继续下去,直到化为三阶或二阶行列式直接计算出结果。
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左边
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703ef26bd994970abfd37ea4216f8691.png
例9 计算行列式
d29e3746840ff647fce60c791dd6dbe3.png
解:
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行列式计算的一般方法是降阶,但对于某些特殊的n阶行列式,如除对角元(或次对角元)外,其余元素相同或成比例的行列式,有时加上一行一列变成n+1阶的行列式,特别是第1列为8d7a4c8bd8f5e51bab71af7c1ef4bbe1.png
例10 计算7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
解:a097f735cd242cf17f82db643a826534.png
b5d26f20cbb24ea8b3f3391590236cf9.png
对于各行(或各列)之和相等的行列式,将其各列(或各行)加到第1列(或行)或第n列(或行),然后再化简。
例11 计算n阶行列式662f6765317d9ba0f272f43e68f7fdb7.png
解: f32bfc00219da05bb404a8e97af58c3b.png
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以数字1,2,··n为(大部分)元素,且相邻两行(列)元素差1的n阶行列式可以如下计算:自第1行(列)开始,前行(列)减去后行(列);或自第n行(列)开始,后行(列)减去前行(列),即可出现大量元素为1或—1的行列式,再进一步化简即出现大量的零元素。
对于相邻行(列)元素相差倍数k的行列式,采用前行(列)减去后行(列)的—k倍,或后行(列)减去前行(列)的—k倍的步骤,即可使行列式中出现大量的零元素。
例12 计算n阶行列式5d758e2b0b6bbf77951316fd3690a463.png
解310c3324c17c8dce78d3279f72096aaf.png
2.12线性因子法
例13 计算行列式(1)e49edfc47e14382eb6733def43646205.png
解:(1)由各列加上第一列可见,行列式D可被1fefef4e73e239627356fc5754d0e513.png
此乘积中含有一项:94e84b985ab7f1da6ec2017c24c3b73f.png
所以1d71cffc6c6ed89e56ca54200354f84c.png
5d1d534dc090e672a841b468f1d4778d.png
(2)将行列式f623e75af30e62bbd73d6df5b50bb7b5.png
2c761ea465c343912c264654c2c29599.png
如果以904abc369cef421885cb4be4a97ad863.png
例14 计算行列式:feb71ed7a39569a2ca78a29b922f2318.png
解:由7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
故 ee4afbef9c3be1905a602662f0f5d0af.png
2.13辅助行列式法
例15 计算行列式 9c3d3f6350357c777e9bb7758a6fc48c.png
其中5f31acd61e42f6a389bc588430176e17.png
解:若4d7969e265d6ca4eaa32e1f8a00855f6.png
若4d7969e265d6ca4eaa32e1f8a00855f6.png
14460b73fed42e635f903af3db527ce9.png
这说明5d09697085e8b2d48446837da84789a3.png
2.14 7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
例16 计算行列式7034cf82ea477374f462d08cc1517d17.png
解:设e32fe6213f1cfee21957d06bfdea1e8e.png
由4da997fed0c7f7fc9561a857ad73d39b.png
2e5e56063c797de75d2c9a92c506fc44.png
利用关系式7faf715b57e1669516cf05e4d27c954d.png
b1ac6f384af2acd99a57a6d145cc1c12.png
得62106fe65fdac8ac943bf339ea05df1a.png
fb324b267068c25187a197056e02c159.png
例17 设c10d8645ce708b1265413fafe47c4105.png
证明:eb62c8bfcfac6c5237fec213cf4e6c3d.png
证明:
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74cbe1b4aaf9f72e54e41a1aa12c24fa.png
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e29fa28a38a41e0e9ce43a7f1688cd90.png
2.15有关矩阵的行列式计算
例18 设A与B为同阶方阵:
证明:2e28378ff86300b9604807f9cc5ae6aa.png
证明:141508c5b94fd518bfb35aa2fdad0a35.png
例19设A为7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
证明:5838d78b7d8731a9381968e96299d464.png
例20 若7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
证明:71110b32864f556ee9361c9d9ba1a4b3.png
证明:8b705c4eaa09e8beb249b92ccd6acd4a.png
0acff320119ae8d8c4b1db52fdfef93a.png
∴71110b32864f556ee9361c9d9ba1a4b3.png
2.16用构造法解行列式
例21 设9ae67028ccb410317c899566d675f1b3.png
证明:34cd0cd1c3810b6c16aa5ea478507ca7.png
证明:构造出多项式:
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6687ef817f8403c1cc0c99b74f2c1aae.png
84d1c1bf6f6a443f95fcfa0eaced4b48.png
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2.17利用拉普拉斯展开
例22 证明:7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
证明:利用拉普拉斯展开定理,按第7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
d0cf45d68ccea8ff56e7682ac43fc8f8.png
计算行列式的方法很多,也比较灵活,上面介绍了计算行列式的几种方法,计算行列式时,我们应当针对具体问题,把握行列式的特点,灵活选用方法。
3 用多种方法解题
下面我们运用上面的介绍的各种方法,选用多种方法解题。
例23 计算:9b67dedf4a737963a0109f56570e5f07.png
法1:将第2,3,…,n行都加到第1行上去,得
1b7d84c5a1391240dce5a4f73a3eff5d.png
再将第一行通乘0c6c8d3650019a99420b795af7c378d4.png
5b12ac77ae427c8e32643064b056363d.png
法2:将2,3,…,n行分别减去第1行得
dc3196bcd22b24aea089eb5caabd1905.png
再将第2,3,…,n列都加到第1列上去,
便有052f8dfe139128c8e125afd2561260b4.png
法3:将b3d306c74d1ca0a424841b3362d32361.png
8e9a9701533eb0111cc046726c6cab18.png
再将第2,3,…,n+1行分别减去第1行,于是有
令c5c3f670ca6bc2a68d5f67347214fdea.png
在50a20ce04c291ac897290a4f2e3bc9e2.png
则e476852a7e3eb88717d36c6996ca15fb.png
法4:令
91fea4f1f9090a009fd8d98566d8f888.png
将右式中第二个行列式的第2,3,…,n列全加到第1列上去,再利用Laplace展开,所以得3c56b9eda7486045bb06515cd9b15885.png
例24 求证ef9244c9d49514b9b272f93812dc2f1e.png
证:若记8f5ac4a8fb99cfe53bfe72f1c6598b91.png
f2a3696e75706a11322a8f685ba4ffd3.png
证法一:把第2行乘以1361ddb286c514710448450c3d730282.png
证法二:对7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
当6d24e2bc97c5e4283dd8e34674afe7ea.png
假设对于7b8b965ad4bca0e41ab51de7b31363a1.png
762841d632041a6f45358fee002b0c69.png
而按归纳法假设
53448d185034c3ea8e96c29f31a317fb.png
证法三:利用分块矩阵的乘法
553f19e6e65094af45fcaa99c642921a.png
两边取行列式,得a24ad6614290b3837296723deb834874.png
在演算一个问题时,需要仔细分析已给的条件,灵活运用已经知道的性质和已经掌握的技巧,不要死套公式,这样就能很快求出答案。
参考文献:
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本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/c228901474c66137ee06eff9aef8941ea76e4ba7.html
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