【原创】行列式计算7种技巧7种手段

行列式计算7种技巧7种手段编者:Castelu【编写说明】行列式是线性代数的一个重要研究对象,是线性代数中的一个最基本,最常用的工具,记为det(A).本质上,行列式描述的是在n维空间中,一个线性变换所形成的平行多面体的体积,它被广泛应用于解线性方程组,矩阵运算,计算微积分等.鉴于行列式在数学各领域的重要性,其计算的重要性也不言而喻,因此,本人结合自己的学习心得,将几种常见的行列式计算技巧和手段归纳于此,供已具有行列式学习基础的读者阅读一.7种技巧:【技巧】所谓行列式计算的技巧,即在计算行列式时,对已给出的原始行列式进行化简,使之转化成能够直接计算的行列式,由此可知,运用技巧只能化简行列式,而不能直接计算出行列式技巧1:行列式与它的转置行列式的值相等,即D=DT111211121121222122221212nnnnnnnnnnnnaaaaaaaaaaaaaaaaaa技巧2:互换行列式的任意两行(列),行列式的值将改变正负号111212122221222111211212nnnnnnnnnnnnaaaaaaaaaaaaaaaaaa技巧3:行列式中某一行(列)的所有元素的公因子可以提到行列式记号的外面1111121111121221222222122211212nnnnnninnnnnnnnnnnbababaaaabababaaaabbababaaaa技巧4:行列式具有分行(列)相加性11121111211112111221212121212nnntttttntntttntttnnnnnnnnnnnnnaaaaaaaaabcbcbcbbbcccaaaaaaaaa技巧5:将行列式的某一行(列)的各元素乘以同一数k后加到另一行(列)对应的元素上,行列式的值不变111211112112112212121212nnsssnststsntntttntttnnnnnnnnnaaaaaaaaaakaakaakaaaaaaaaaaaaa技巧6:分块行列式的值等于其主对角线上两个子块行列式的值的乘积111111111111111111110000mmnmmmmnmmmnnnnnmnnnaaaabbaaccbbaabbccbb技巧7:[拉普拉斯按一行(列)展开定理]行列式等于它的任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和11(1,2,,)(1,2,,)nnikikkjkjkkDaAinaAjn二.7种手段:【手段】所谓行列式计算的手段,即在计算行列式时,观察已给出的原始行列式或进行化简后的行列式,只要它们符合已知的几种行列式模型,就可以直接计算出这些行列式手段1:对于2阶行列式和3阶行列式,可以直接使用对角线法则进行计算1112112212212122aaaaaaaa,111213212223112233122331132132112332122133132231313233aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa手段2:对于4阶以上的行列式,若行列式中有很多元素为零,则根据定义进行计算较为方便,否则较为复杂(常见于计算机程序和数学软件)定义:1212121112121222()1212(1)nnnnnpppppnppppnnnnaaaaaaaaaaaa运用数学软件Matlab按定义计算4阶行列式:symsabcdefghijklmnopA=[a,b,c,d;e,f,g,h;i,j,k,l;m,n,o,p]A=[a,b,c,d][e,f,g,h][i,j,k,l][m,n,o,p]det(A)ans=a*f*k*p-a*f*l*o-i*a*g*p+i*a*h*o+a*n*g*l-a*n*h*k-e*b*k*p+e*b*l*o+i*e*c*p-i*e*d*o-e*n*c*l+e*n*d*k+i*b*g*p-i*b*h*o-i*f*c*p+i*f*d*o+i*n*c*h-i*n*d*g-m*b*g*l+m*b*h*k+m*f*c*l-m*f*d*k-i*m*c*h+i*m*d*g手段3:上三角行列式,下三角行列式,主对角线行列式,副对角线行列式111212221000nnniiinnaaaaaaa,112122112000niiinnnnaaaaaaa,1212()nn其余未写出元素均为零,1(1)2212(1)()nnnn其余未写出元素均为零手段4:若行列式中有两行(列)对应元素相等,则此行列式的值等于零0aaeibbfjccgkddhl手段5:若行列式中有一行(列)的元素全为零,则此行列式的值为零00000aeibfjcgkdhl手段6:若行列式中有两行(列)元素成比例,则此行列式的值等于零0akaeibkbfjckcgkdkdhl手段7:范德蒙德(Vandermonde)行列式1222212111112111()nnijnijnnnnxxxxxxxxxxx三.跟踪训练【解题思路】为了使读者能够巩固前文叙述的7种技巧和7种手段,本人附上一些行列式的习题以供参考.解题时,一般先观察题目所给出的原始行列式,若原始行列式能够用7种手段的其中一种进行计算,则可直接得出答案,否则,一般先利用7种技巧对原始行列式进行化简,使之转化成能够用7种手段的其中一种进行计算的行列式,再得出答案.读者在利用7种技巧时,要注意技巧之间的搭配使用计算下列行列式的值:习题1:120114318解答:1201141182(4)30(1)(1)0132(1)81(4)(1)4318[手段1]习题2:0000000000bfdace解答:123412341234()12341234123433112432400000(1)0000004,3,1,4,2,()(3142)3,00000(1)00000ppppppppppppbfdaaaaaceppppppppbfdaaaaabcdace观察行列式中元素的位置及由级排列中各数不能相等知因此[手段2]习题3:12345678910111213141516解答:21431234113156785171091011129111113141516131151cccc[技巧5,手段4]习题4:3333333333333333xxxx解答:412213141423333333333333333333333333333313331333133300133300133300013330000000iixxxxxxccxxxxxxxrrxxxxrrxxxxrrxxxxrrxxxxx[技巧2,技巧3,技巧5,手段3]习题5:11121314122223241323333414243444abababababababababababababababab解答:1112131412222324132333341424344422232412131412131411233334122333341322232414243444243444243444,abababababababababababababababababababababababababaabababababababababababababababababababababab按第一列展开1213142223242333341213141213142223242223242434442333342342342121423333412423333412234234,0,(bababababababababababababababababababababababababababbbbbbbDaabbababababbabababaaaaaaaa由于行列式和有两行元素成比例因此值为3234214124233334234222121412434232334243241421124332233423321421123223433414122123)()()()[()()]()()()()(bbbbbabbabababaaaaabbabbaabbaabbaababbabababababababababababababababababababab323443314111)()()iiiiiabababababab[技巧7,手段1,手段6]习题6:444443333322222(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)(4)123411111aaaaaaaaaaaaaaaaaaaa解答:432122222533333444444321432122222,111111234(1)(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)(4)111114321(1)(1)(4)(3)(2)(1)(4)aaaaaDaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa将行列式上下翻转后再左右翻转不难得3333344444(3)(2)(1)(4)(3)(2)(1)4!3!2!1!288aaaaaaaaa[技巧2,手段7]习题7:12211000010000000001nnnxxxxaaaaxa解答:111121232212112112121,1000100(1)0000011,,,,,,nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnDxDxDaxxDxDaDxDaDxDaDxDaDxaxxxDxaxaxaxa按第一列展开得的递推公式将上述各式的两边分别乘以后全部相加并化简得:[技巧7,手段3]习题8:()ababcdcd其余未写出元素均为零:解答:22(22)2122(1)2(1)2221,23,,2,221,23,,2,000000(1)00()()()nnnnnnnDnnnnnnabcdabDabcdcdDDadbcDadbcDadbc将中的第行依此与第行行第行对调再将第列依此与第列列第列对调得[技巧2,技巧6]数学之家荣誉出品