什么是行列式
∣∣∣∣1223∣∣∣∣( 二阶行列式 )
∣∣∣∣∣∣124235347∣∣∣∣∣∣( 三阶行列式 )
∣∣∣∣∣∣∣∣124823593471045812∣∣∣∣∣∣∣∣( 四阶行列式 )
求二阶行列式
二阶行列式只需要把对角线的数值相乘然后相减,例如:
∣∣∣∣1223∣∣∣∣=1×3−2×2=−1
∣∣∣∣3546∣∣∣∣=3×6−4×5=−2
求多阶行列式
先将“左上开始的对角线”左上开始的对角线下面的数字都消成 0,例如:
∣∣∣∣∣∣∣∣10002−1003−2104−311∣∣∣∣∣∣∣∣
然后将“左上开始的对角线”的值相乘,得到结果。
计算过程中,有以下性质可以使用:
-
某行(列)加上或减去另一行(列)的几倍,行列式不变
例如:
∣∣∣∣∣∣124235347∣∣∣∣∣∣=r2−2r1∣∣∣∣∣∣12−2×1423−2×2534−2×37∣∣∣∣∣∣=∣∣∣∣∣∣1042−153−27∣∣∣∣∣∣
-
某行(列)乘 k,等于 k 乘此行列式
比如有以下行列式等于-1:
∣∣∣∣∣∣∣∣124823593471045812∣∣∣∣∣∣∣∣=−1
求下面这个行列式
∣∣∣∣∣∣∣∣2212843159642110852412∣∣∣∣∣∣∣∣
根据该性质,我们可以得到:
∣∣∣∣∣∣∣∣2212843159642110852412∣∣∣∣∣∣∣∣=2×3×∣∣∣∣∣∣∣∣124823593471045812∣∣∣∣∣∣∣∣=2×3×(−1)=−6
-
互换两行(列),行列式变号
例如,已知下面这个行列式:
∣∣∣∣∣∣∣∣124823593471045812∣∣∣∣∣∣∣∣=−1
求:
∣∣∣∣∣∣∣∣214832594371054812∣∣∣∣∣∣∣∣
可以看到这两个行列式第一行和第二行互换,第三行和第四行相同。所以:
∣∣∣∣∣∣∣∣214832594371054812∣∣∣∣∣∣∣∣=r1↔r2−1×∣∣∣∣∣∣∣∣124823593471045812∣∣∣∣∣∣∣∣=−1×(−1)=1
计算过程可以省略掉一些步骤,直接把过程写到等号下:
行列式的一些公式
1
对于一个 n 行 n 列的行列式:
∣∣∣∣∣∣∣∣xa⋮aax⋮a⋯⋯⋱⋯aa⋮x∣∣∣∣∣∣∣∣=(x−a)n−1[x+(n−1)a]
例如,这个行列式:
∣∣∣∣∣∣∣∣2333323333233332∣∣∣∣∣∣∣∣
其中 x=2, a=3, n=4,所以根据公式:
∣∣∣∣∣∣∣∣2333323333233332∣∣∣∣∣∣∣∣=(2−3)4−1[2+(4−1)×3]=−11
2
∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣1x1x12⋮x1n−11x2x22⋮x2n−1⋯⋯⋯⋱⋯1xnxn2⋮xnn−1∣∣∣∣∣∣∣∣∣∣=(xn−xn−1)(xn−xn−2)(xn−xn−3)⋯⋯(xn−x1)×(xn−1−xn−2)(xn−1−xn−3)⋯⋯(xn−1−x1)×⋯⋯×(x2−x1)
例如:
∣∣∣∣∣∣∣∣133233144243155253166263∣∣∣∣∣∣∣∣
x1=3x2=4x3=5x4=6n=4
∣∣∣∣∣∣∣∣133233144243155253166263∣∣∣∣∣∣∣∣=(6−5)(6−4)(6−3)(5−4)(5−3)(4−3)=12
3
- 两行(列)相同或者成比例时,行列式为0
- 某行(列)为两项相加减时,行列式可拆成两个行列式相加减
例题:
已知 ∣∣∣∣∣∣a1a2a3b1b2b3c1c2c3∣∣∣∣∣∣=1, 试求 ∣∣∣∣∣∣a1+c1a2+c2a3+c3b1b2b3a1+b1a2+b2a3+b3∣∣∣∣∣∣
解题过程:
∣∣∣∣∣∣a1+c1a2+c2a3+c3b1b2b3a1+b1a2+b2a3+b3∣∣∣∣∣∣=∣∣∣∣∣∣a1a2a3b1b2b3a1+b1a2+b2a3+b3∣∣∣∣∣∣+∣∣∣∣∣∣c1c2c3b1b2b3a1+b1a2+b2a3+b3∣∣∣∣∣∣
=∣∣∣∣∣∣a1a2a3b1b2b3a1a2a3∣∣∣∣∣∣+∣∣∣∣∣∣a1a2a3b1b2b3b1b2b3∣∣∣∣∣∣+∣∣∣∣∣∣c1c2c3b1b2b3a1a2a3∣∣∣∣∣∣+∣∣∣∣∣∣c1c2c3b1b2b3b1b2b3∣∣∣∣∣∣
=0+0+∣∣∣∣∣∣c1c2c3b1b2b3a1a2a3∣∣∣∣∣∣+0=−∣∣∣∣∣∣a1a2a3b1b2b3c1c2c3∣∣∣∣∣∣=−1
4 求余子式,代数余子式
余子式用 M 表示,代数余子式用 A 表示。
比如,求 ∣∣∣∣∣∣15926103711∣∣∣∣∣∣ 中 a23 的余子式,就是求 M23,求 a23 的代数余子式,就是求 A23。
求余子式 M23,消掉第二行和第三列,生成一个新行列式,求新行列式的值:
M23=∣∣∣∣19210∣∣∣∣=−8M12=∣∣∣∣59711∣∣∣∣=−8
求代数余子式 A23,即是余子式 M23 的值再乘于 -1 的行加列次方((−1)2+3
):
A23=(−1)2+3⋅M23=−1×(−8)=8A12=(−1)1+2⋅M12=−1×(−8)=8
5
D=ai1Ai1+ai2Ai2+⋯⋯+ainAin(第i行)D=a1jA1j+a2jA2j+⋯⋯+anjAnj(第j行)
例如,取第一行套用上面的行公式:
∣∣∣∣∣∣15926103711∣∣∣∣∣∣=a11A11+a12A12+a13A13
=a11(−1)1+1M11+a12(−1)1+2M12+a13(−1)1+3M13
=1×(−1)1+1×∣∣∣∣610711∣∣∣∣+2×(−1)1+2×∣∣∣∣59711∣∣∣∣+3×(−1)1+3×∣∣∣∣59610∣∣∣∣
套用上面的列公式:
∣∣∣∣∣∣15926103711∣∣∣∣∣∣=a11A11+a21A21+a31A31
=a11(−1)1+1M11+a21(−1)2+1M21+a31(−1)3+1M31
=1×(−1)1+1×∣∣∣∣610711∣∣∣∣+5×(−1)2+1×∣∣∣∣210311∣∣∣∣+9×(−1)3+1×∣∣∣∣2637∣∣∣∣
特殊情况,如果有某一行或者某一列有 0,直接用有 0 的那一行来计算:
∣∣∣∣∣∣146200357∣∣∣∣∣∣=2×(−1)1+2×∣∣∣∣4657∣∣∣∣+0×(−1)2+2×∣∣∣∣1637∣∣∣∣+0×(−1)3+2×∣∣∣∣1435∣∣∣∣
=2×(−1)1+2×∣∣∣∣4657∣∣∣∣
6 多个 A 或 M 相加减
例,已知 D=∣∣∣∣∣∣∣∣15913261014371115481216∣∣∣∣∣∣∣∣, 求下面 3 个问题:
- 3A11+4A12+5A13+6A14
- 3A11+4A21+5A31+6A41
- 3M11+4M21+5M31+6M41
求所有 A 相加,说先找出所有 A 对应的位置,然后用 A 前面的系数替换这些数,得到一个新的行列式,求新的行列式的值,即是解:
3A11+4A12+5A13+6A14=∣∣∣∣∣∣∣∣35913461014571115681216∣∣∣∣∣∣∣∣
3A11+4A21+5A31+6A41=∣∣∣∣∣∣346261437154816∣∣∣∣∣∣
求所有 M 相加,首先根据 M 和 A 的关系,可以将 M 转化为 A,然后按照 A 的求法求解即可:
A11=(−1)1+1⋅M11=M11→M11=A11A21=(−1)2+1⋅M21=−M21→M21=−A21A31=(−1)3+1⋅M31=M31→M31=A31A41=(−1)4+1⋅M41=−M41→M41=−A41
3M11+4M21+5M31+6M41=3A11−4A23+5A33−6A43
7 给一方程组,判断其解的情况
方程组 |
D≠0 |
D=0 |
齐次(没有常数项) |
只有一组零解 |
有零解与非零解 |
非齐次(有常数项) |
只有一组非零解 |
有多个解或无解 |
例如,判断下列方程组是否有唯一解:
⎩⎪⎨⎪⎧x1+2x2+3x34x1+5x2+6x37x1+8x2+9x3=0=0=0
把系数提取成行列式:
D=∣∣∣∣∣∣147258369∣∣∣∣∣∣
算行列式的值。根据行列式的值,对照上表即可。
提取行列式时,如果方程组有系数为 0 的未知数,需要补全:
⎩⎨⎧x1+3x3=0x2+4x3=0x1+5x2=0⟹⎩⎨⎧x1+0x2+3x3=00x1+x2+4x3=0x1+5x2+0x3=0
即是提取出:
D=∣∣∣∣∣∣101015340∣∣∣∣∣∣
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