行列式的性質

2022-02-10 01:18:15 字數 2584 閱讀 3563

我舉乙個例項來說明.對於如下$5\times 5$的矩陣

\begin

\begin

a_&a_&a_&a_&a_\\

--&--&--&--&--\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

\end

\end

來說,它的行列式由5!=120項組成,$a_a_a_a_a_$是其中一項.經過轉置後,這一項對應的項是$a_a_a_a_a_$.易得這兩項的符號其實是相同的.然後呢?然後就證完了呀!

下面我說明為什麼$a_a_a_a_a_$的符號和$a_a_a_a_a_$的相同.我們來說明這兩者的逆序數其實是相同的,這是因為,比如,$a_$和$a_$形成乙個逆序,那麼$a_$和$a_$也就形成了乙個逆序.$a_$和$a_$形成了乙個順序,那麼$a_$和$a_$也就形成了乙個順序.所以兩者的逆序數是相同的.所以兩者的符號是相同的.

這是很簡單的,因為兩行對調的時候,改變了逆序數的奇偶性.比如,對於如下的矩陣,

\begin

\begin

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

\end

\end該矩陣的行列式裡的其中一項,比如$a_a_a_a_a_$,當我們把該矩陣的其中兩行換掉,比如把第二行和第四行換掉之後,$a_a_a_a_a_$就變成了$a_a_a_a_a_$.如果原來該項是順序,那麼換一下之後就成了逆序;如果原來該項是逆序,那麼換了一下之後就成了順序.對該行列式中的每一項莫不如此.因此兩行互換之後,行列式的值變號.

這是很簡單的,舉個例項

\begin

\left(

\begin

1&2&3\\

1&2&3\\

7&8&9

\end

\right)

\end

行列式展開的時候,其中含有一項$1\times 2\times 9$,同時會含有另外一項$2\times 1\times 9$.這兩項因符號相反,會抵消.各項皆如此,因此行列式為0.

我們利用數學歸納法來證明行列式的拉普拉斯展開:

設$n\times n$階矩陣

$$a=

\begin

a_&\cdots&a_\\

\vdots&\cdots&\vdots\\

a_&\cdots&a_\\

\end

$$當$n=2$時,容易驗證行列式的拉普拉斯展開是成立的.設當$n=k$時,行列式的拉普拉斯展開也成立,則當$n=k+1$時,我們來看$a_$和$a_$,兩相比較,便會發現行列式的拉普拉斯展開是顯然成立的.

\begin

\begin

a_&a_&a_&a_&a_\\

--&--&--&--&--\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

a_&a_&a_&a_&a_\\

\end

\end

注: 設$a_$為$a_$的代數余子式,我們知道

$$|a|=a_a_+\cdots+a_a_$$

下面我們要證明另外乙個結論:

當$i>1$時,

$$a_a_+\cdots+a_a_=0$$

證明:證明很簡單.比如,當$i=3$,$n=5$時(見上面的**),$a_a_a_a_a_$是一項.與之相應的,該項的counter part是$a_a_a_a_a_$,這兩項符號相反(之所以符號相反,是因為逆序數發生了變化),因此相加之後會互相抵消為0.每一項皆如此,因此總的相加效應為0.$\box$

設$a,b$都是域$f$上的$n\times n$矩陣,則

$$|ab|=|a||b|$$

證明:$$

a=\begin

a_&\cdots&a_\\

a_&\cdots&a_\\

\vdots&\vdots&\vdots\\

a_&\cdots&a_

\end

b=\begin

b_&\cdots&b_\\

b_&\cdots&b_\\

\vdots&\vdots&\vdots\\

b_&\cdots&b_

\end

$$我想證明

$$|ab^t|=|a||b^t|=|a||b|$$

$|a||b^t|=|a||b|$根據「乙個行列式等於它的轉置」,是成立的.所以只用證明

$$|ab^t|=|a||b|$$

這是顯然的!只用好好觀察一下:$|ab^t|$有的項,$|a||b|$也有.而$|a||b|$有的項,$|ab^t|$也有.而且相同項前面的符號相同.

因此$$|ab^t|=|a||b^t|$$得證.從這一點很容易推出

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我舉乙個例項來說明.對於如下 5 times 5 的矩陣 begin begin a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a end end 來說,它的行列式由5 120項組成,a a a a a 是其中一項.經過轉置後,這一項對應的項是 a ...

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