线性代数教程 行列式

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n阶行列式

二阶行列式

我们用如下符号表示二阶行列式


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该二阶行列式的值为 a11*a22 - a12*a21

三阶行列式

如下,三阶行列式的符号

三阶行列式的值为

a11a22a33 + a12a23a31 + a13a21a32 - a11a23a32 - a12a21a33 - a13a22a31

n阶行列式

如下n阶行列式的符号,我们可以使用D来表示某个行列式

我们可以发现行列式的值是由“一般项”组成,如上三阶行列式由6个一般项相加而成,其分别为

a11a22a33

a12a23a31

a13a21a32 

-a11a23a32 

-a12a21a33 

-a13a22a31

观察这6个一般项,我们可以使用如下方法来表述

a1j1a2j2a3j3

其中123是固定的,而j1 j2 j3则是123的随机排列,如123的排列有如下:

123,231,312,132,213,321

所以我们使用如下符号表示n阶行列式的一般项

j1 j2 .... jn表示1...n的随机排列,例如:

排列213,则此时j1为2,j2为1,j3为3,该排列的一般项为 (-1)N(213)a12a21a33

排列321,此时j1为3,j2为2,j3为1,该排列的一般项为 (-1)N(321)a13a22a31

当一般项的所有排列相加时,便是n阶行列式的值

逆序 N(j1 j2 ... jn)

上面介绍的一般项表达式中有 N(j1 j2 ... jn) 这么一个东西,N(j1 j2 ... jn) 称为1...n某个排序的逆序数,如

组合312,3大于1,3大于2,所以逆序数为2,称为“偶排列”,N(312)为2

组合321,3大于1,3大于2,2大于1,所以逆序数为3,称为“奇排列”,N(321)为3

定理:排列中的任意2个数对换后,其奇偶性发生改变

如 N(123) 为0属于偶排列,将1和3对换,则 N(321) 为3属于奇排列

证:???赖的证明,记住定理就行了

定理:1...n的所有排列中,奇偶排列各占一般

三角行列式

如下,行列式对角线的一边全是0

则该行列式的值为 a11a22a33...ann

证:对于某个排列 a1j1a2j2a3j3...anjn,如果j1的值不为1,那么a1j1等于0,则这个一般项就等于0,如果j1为1,那么j2的值为2-n,如果这个排列的j2不为2,那么a2j2等于0,则这个一般项就等于0,同理其他一般项

行列式的性质

性质:将行列式的进行转置,行列式的值不变

意思就是将所有的axy变为ayx,行列式的值不变,如下行列式2就是行列式1转置而来

性质:交互行列式的行或列,行列式的值变号

如下,我们将行列式D的第1行与第二行的值进行交换得到新的行列式D2

则交换后的行列式D1的值等于 -D

推论:如果行列式中第s行(或列)与第j行(或列)的元素的值相同,那么这个行列式的值为0

如下行列式

第1行与第3行的元素相同,如果我们将第1行和第3行交换,那么就会有D=-D1=D1,所以只有D为0才会有-D1=D1

性质:某个行列式的某行(或列)具有公因子,那么可以提取这个因子到行列式外

如下:

D1 = D2 * 3

推论:如果行列式中第s行(或列)与第j行(或列)的元素的值成比例,那么这个行列式的值为0

如上,第一行与第二行的元素成比例,当我们提交公因子后,他们2行会相等,所以为0

性质:行列式某行(或列)的值由两个值相加而成,那么可以将其拆分为2个行列式的和

如上,D=D1+D2

性质:将某一行(或列)的元素加上另外一行(或列)的元素的k倍,行列式的值不变

如下,将第二行的元素加上第三行的元素的3倍

行列式展开

余子式

选定行列式D的某个元素,将其所在的行和列移除,将剩余的元素按照其原来的位置重新组成行列式D1,D1称为D的余子式,记为Mij,ij为第i行第j列

如下,右边的行列式为左边行列式的余子式,记为M22,

代数余子式

代数余子式记为Aij,

Aij = (-1)i+jMij 

注:余子式就是剩余的行列式,但代数余子式并不是剩余的行列式

定理:n阶行列式等于其某一行(或列)的元素乘以该元素对应的代数余子式的和

D = ai1Ai1 + ai2Ai2 ... + ainAin

i表示第i行,如ai1Ai1表示第i行第1个元素ai1乘以其对应的代数余子式Ai1

定理:n阶行列式的某一行乘以另外一行对应的代数余子式的和为0

如下

我们知道,第1行乘以第1行的代数余子式就是行列式,那第1行乘以第3行的代数余子式表示的是什么呢,其表示的就是如下行列式,实际上这个定理就是说第1行与第3行相等

克莱姆法则

如下方程式

a11x1 + a12x2 + a13x3 = b1

a21x1 + a22x2 + a23x3 = b2

a31x1 + a32x2 + a33x3 = b3

该方程式我们可以建立如下行列式

我们使用aij建立行列式D,然后用b替换掉对应的列,我们将等到的行列式称为Dj

同理n阶行列式

定理(克莱姆法则):当线性方程组系数D的值不为0时,有唯一解 xj = Dj/D

意思就是线性方程组的解xj = Dj/D

克莱姆法则的推理有点绕,反正你们也记不住,所以就不推了

齐次线性方程组

如下方程式

a11x1 + a12x2 + a13x3 = 0

a21x1 + a22x2 + a23x3 = 0

a31x1 + a32x2 + a33x3 = 0

如果b1...bn均为0,那么我们称其为齐次线性方程组

齐次线性方程组一定有一个解(当然还有其他解),就是x1...xn均为0

定理:如果齐次线性方程组的系数行列式D不等于0,那么它仅有0解

也就是说如果D的值不等于0,那么他的解只有一个,x1...xn均为0

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