1 & 1 & 1
2 & 3 & 4
end{vmatrix}$$

其余子式 $M_{32}$ 就是去掉第三行和第二列后得到的行列式:

$$M_{32} = begin{vmatrix} 1 & 0
1 & 1
end{vmatrix}$$

余子式示例

1.2 代數余子式

代數余子式是在余子式前加上 $(-1)^{i+j}$ 的符號,其中 $i$ 和 $j$ 分別表示元素的行號和列號。這樣處理是為了保持行列式展開的符號一致性。

1.3 按行(列)展開定理

行列式的值等于其任意一行(列)各元素與其代數余子式乘積之和。按行展開公式為:

$$D = a{i1}A{i1} + a{i2}A{i2} + … + a{in}A{in}$$

按列展開公式類似,適用于列的元素。選擇包含較多零元素的行(列)進行展開可以簡化計算。

2. 異乘變零定理

異乘變零定理指出,若行列式中某行(列)元素與另一行(列)元素的代數余子式相乘后累加,其和為零。這一性質在簡化計算中非常有用。

異乘變零示例

2.1 理論解釋

假設行列式 $D$:

$$D = begin{vmatrix} 1 & 1 & 2 & 3
0 & 0 & 8 & 9
2 & 2 & 5 & 4
9 & 9 & 9 & 10
end{vmatrix}$$

用第4行元素與第1行元素的代數余子式相乘:

$$9A{11} + 9A{12} + 9A{13} + 10A{14} = 0$$

2.2 應用

通過構造新的行列式驗證異乘變零定理,可以幫助我們尋找行列式的解或簡化復雜的運算過程。

3. 拉普拉斯定理

拉普拉斯定理允許我們將行列式展開為多個小階的行列式,是理解高階行列式計算的關鍵工具。

3.1 k階子式

k階子式是指從n階行列式中取定k行和k列,所形成的交叉元素構成的行列式。通過去掉這些行和列,我們得到余子式。

k階子式示例

3.2 拉普拉斯展開

在n階行列式中,任意選定k行,由這些行元素組成的k階子式與對應的代數余子式乘積之和等于行列式的值。

4. 行列式相乘定理

當兩個同階行列式相乘時,其結果為一個新的行列式。行列式相乘定理為我們提供了一個計算復雜矩陣乘積的新方法。

4.1 運算規則

假設行列式 $D_1$ 和 $D_2$,相乘后的第1行第1個元素為 $D_1$ 的第1行與 $D_2$ 的第1列元素相乘之和,以此類推。

4.2 示例

$$begin{vmatrix} 1 & 1 & 1
2 & 0 & 0
0 & 0 & 3
end{vmatrix} times begin{vmatrix} 1 & 2 & 3
1 & 3 & 2
3 & 2 & 1
end{vmatrix} = begin{vmatrix} 5 & 7 & 6
2 & 4 & 6
9 & 6 & 3
end{vmatrix}$$

5. 行列式的性質

行列式的性質幫助我們理解其幾何意義和代數特性。

5.1 性質0:單位矩陣的行列式為1

單位矩陣是行列式為1的特殊矩陣。

5.2 性質1:全零行導致行列式為0

如果行列式中某行或某列元素全為0,則行列式的值為0。

5.3 性質2:成比例行導致行列式為0

如果兩行(列)成比例,則行列式為0。

6. 行列式的意義

行列式不僅是一個數值,更是向量間關系的刻畫。行列式不為零說明向量獨立,反之則不獨立。

6.1 幾何意義

行列式在幾何上表示向量圍成圖形的面積或體積。例如,二維平面中由兩個向量圍成的平行四邊形的面積就是行列式的值。

6.2 方程組解的判別

行列式的值影響方程組的解。當行列式不為零時,方程組有唯一解;為零時,可能無解或有無數解。

7. 行列式計算技巧

利用行列式的性質和定理,我們可以簡化計算。

7.1 消元法

通過消元法將矩陣轉換為上三角矩陣,行列式的值等于主對角線元素的乘積。

7.2 行列式公式

行列式的公式可以用于計算復雜矩陣的行列式值。對于n階矩陣,行列式的計算復雜度通常較高,但公式提供了一種系統化的計算方法。

FAQ

  1. 問:行列式展開的實用意義是什么?

  2. 問:如何選擇展開的行或列?

  3. 問:行列式值為零意味著什么?

  4. 問:行列式如何應用于方程組求解?

  5. 問:行列式的幾何解釋是什么?

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