行列式理论

(一)行列式概念和定义


定义式:|A|=Σ(-1)ᵗa₁ₓ₁a₂ₓ₂...aₙₓₙ

  其中,τ为x1, x2,..., xn的逆序数

      例如:规定顺序为从左向右递增

      则,从左数第一个元素起,计算“每一个元素右侧比该元素小的元素的数量”之和,即为该数列的逆序数。


理解:行列式的本质是一个数或函数,是一个n×n矩阵中所有元素,“全部排列方法的”“不同行不同列的”元素的乘积之和。

由于不同行不同列元素的排列方法共有n! 种,所以行列式的完全展开式中共有n! 个多项式。

定义式中采用的是规定行顺序,排列列顺序;也可以规定列顺序,排列行顺序。实际上,不仅限于这两种方法,但其他方法混乱无规律可循。

特别地,二阶行列式是两个向量的向量积;

三阶行列式是其中,“任意两个向量的向量积”和另外一个向量的数量积。


(二)行列式的性质

1. 行列式和初等变换

2. 行列式的拆分性质

3. 转置矩阵的行列式相等

4. 行(列)间成比例/全零行


(三)行列式的计算


1. 定义式计算

  ①二阶:主对角线乘积,减去副对角线乘积

  ②三阶:三个主对角乘积,减去三个副对角乘积

  ③高阶不建议用定义式,除非下面的特殊情况

2. 行列式按行(列)展开

    |A|=aᵢ₁Aᵢ₁+aᵢ₂Aᵢ₂+...+aᵢₙAᵢₙ

    |A|=a₁ⱼA₁ⱼ+a₂ⱼA₂ⱼ+...+aₙⱼAₙⱼ

  定义:行列式的值等于,任一行(列)的“各元素与其代数余子式乘积”之和

  推论1:某个数列各元素与行列式中某一行(列)的“各代数余子式乘积的和”,相等于把这个数列替换行列式中的这一行(列)的元素,形成的新的行列式的值。

  推论2:“任一行(列)的各元素”与“其他行(列)代数余子式”乘积之和,等于零。


3. 基本易求行列式


⑴三角行列式

①主对角线、主三角行列式

    |A|=a₁₁a₂₂...aₙₙ

②副对角线、副三角行列式

    |A|= (-1)^[n(n-1)/2]• a₁₁a₂₂...aₙₙ


⑵分块阵

①主对角线分块、主三角分块行列式

    |A|=|A₁||A₂|...|Aₙ|

②副对角线分块、副三角分块行列式

    |A|=(-1)ᵐⁿ |B||C|


⑶范德蒙德行列式

  性质:第i行中,各元素是第二行元素的(i-1)次方

①缺首行/缺末行:

    ❶每行提公因子

    ❷化为普通范式行列式

②缺中间行(假设缺第四行(a₁³,a₂³,...,aₙ³))

    ❶补全中间缺的行

        补上一列未知数(1,x,x²,...,xⁿ)ᵀ

    ❷新的范式行列式

        |A|=[Π(aᵢ-aⱼ)]·(x-a₁)(x-a₂)...(x-aₙ)

        可求出其中x³的系数K

    ❸按(1,x,x²,...,xⁿ)ᵀ一列展开

        其中x³的系数为(-1)⁴⁺⁽ⁿ⁺¹⁾M₄₍ₙ₊₁₎

    ❹缺行范式行列式|A|=M₄₍ₙ₊₁₎

③转置后,第j列中,各元素是第二列元素的(j-1)次方


4. 常见行列式的套路


⑴行列式元素均在三条线上

  ①爪形行列式:用对角线元素消两侧线元素

  ②两条斜线一个点

    ❶取两点展开

    ❷按定义计算:

        先算一条对角线,再算平行线和点

  ③三对角线行列式:递推公式

    ❶主对角线元素均为a,

      两侧平行对角线分别均为b,c

      Dₙ = aDₙ₋₁ - bcDₙ₋₂

      差分方程凑出等比级数

    ❷主对角线元素均为(λ+μ),

      两侧平行对角线分别均为b,c,使bc=λμ

      其中,λ和μ的顺序无碍

      Dₙ = (λⁿ⁺¹-μⁿ⁺¹)/(λ-μ)


⑵行(列)间的特殊关系

  ①行和相等:累加消元法

  ②相邻行等差等比关系:相邻消元法

⑶每行(列)含有较多相同(成比例)元素:

    加边法,消掉相同的元素


5. 含未知数的行列式方程

①特征多项式各次项系数

  ❶|A-λE|=(λ₁-λ)(λ₂-λ)...(λₙ-λ)=0

    其中,(-λ)ⁿ的系数为1

              (-λ)ⁿ⁻¹的系数为λ₁+λ₂+...+λₙ=tr(A)

              常数项为 λ₁λ₂...λₙ=|A|

  ❷对照行列式方程的各次项系数,分析题目条件

②确定未知数x,凑出成比例的行(列)

③根据不同行不同列元素乘积,求出某次项系数


6.见图

7.见图

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