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三階行列式計(jì)算方法有哪些

來(lái)源 :華課網(wǎng)校 2024-08-02 08:40:01

行列式是線性代數(shù)中非常重要的概念之一,三階行列式在計(jì)算中也極為常見。本文將介紹三階行列式的計(jì)算方法。

首先,我們需要知道三階行列式的定義。對(duì)于一個(gè)三階行列式,我們可以將它表示為:

$$

\begin

a_ & a_ & a_ \\

a_ & a_ & a_ \\

a_ & a_ & a_

\end

$$

其中,$a_$表示矩陣中第$i$行、第$j$列的元素。

接下來(lái),我們來(lái)介紹三種計(jì)算三階行列式的方法。

1. 按照定義計(jì)算

根據(jù)行列式的定義,我們可以按照如下方式計(jì)算三階行列式:

$$

\begin

a_ & a_ & a_ \\

a_ & a_ & a_ \\

a_ & a_ & a_

\end

= a_a_a_ + a_a_a_ + a_a_a_ - a_a_a_ - a_a_a_ - a_a_a_

$$

雖然這種方法可以確保計(jì)算結(jié)果的正確性,但是計(jì)算量較大,不太適合手算。

2. 按行列式的性質(zhì)計(jì)算

行列式有一些重要的性質(zhì),其中最重要的兩個(gè)性質(zhì)是:

(1)交換行列式中任意兩行(列),行列式變號(hào);

(2)若行列式中某一行(列)的所有元素都是兩數(shù)之和(差)的形式,則可以按照“分配律”將該行(列)拆分成兩行(列)。

利用這兩個(gè)性質(zhì),我們可以通過(guò)變換行列式中的元素來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算。具體來(lái)說(shuō),我們可以按照如下步驟計(jì)算三階行列式:

(1)將第三行的所有元素都乘以$-1$,得到新的行列式:

$$

\begin

a_ & a_ & a_ \\

a_ & a_ & a_ \\

-a_ & -a_ & -a_

\end

$$

(2)將第二行加上第三行的兩倍,得到新的行列式:

$$

\begin

a_ & a_ & a_ \\

a_-a_ & a_-a_ & a_-a_ \\

-a_ & -a_ & -a_

\end

$$

(3)將第一行加上第三行的三倍,得到新的行列式:

$$

\begin

a_-a_ & a_-a_ & a_-a_ \\

a_-a_ & a_-a_ & a_-a_ \\

-a_ & -a_ & -a_

\end

$$

(4)將第一行加上第二行,得到新的行列式:

$$

\begin

a_-a_ & a_-a_ & a_-a_ \\

a_-a_+a_-a_ & a_-a_+a_-a_ & a_-a_+a_-a_ \\

-a_ & -a_ & -a_

\end

$$

(5)去掉新行列式中的第一行和第三列,得到最終結(jié)果:

$$

(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_a_a_ - a_a_a_

$$

這種方法比較巧妙,可以大大簡(jiǎn)化計(jì)算。

3. 按照克拉默法則計(jì)算

克拉默法則是一種利用行列式求解線性方程組的方法。對(duì)于一個(gè)三元線性方程組:

$$

\begin

a_x_1 + a_x_2 + a_x_3 = b_1 \\

a_x_1 + a_x_2 + a_x_3 = b_2 \\

a_x_1 + a_x_2 + a_x_3 = b_3

\end

$$

我們可以將其轉(zhuǎn)化為行列式的形式:

$$

\begin

a_ & a_ & a_ \\

a_ & a_ & a_ \\

a_ & a_ & a_

\end

\begin

x_1 \\

x_2 \\

x_3

\end

=

\begin

b_1 \\

b_2 \\

b_3

\end

$$

如果行列式不為$0$,則方程組有唯一解,可以通過(guò)求解行列式和各個(gè)元素的代數(shù)余子式來(lái)求解方程組。具體來(lái)說(shuō),我們可以按照如下步驟計(jì)算三階行列式:

(1)構(gòu)造增廣矩陣:

$$

\begin

a_ & a_ & a_ & b_1 \\

a_ & a_ & a_ & b_2 \\

a_ & a_ & a_ & b_3

\end

$$

(2)求解行列式$\begina_ & a_ & a_ \\a_ & a_ & a_ \\a_ & a_ & a_\end$,記作$D$。

(3)對(duì)于每個(gè)未知數(shù)$x_i$,將增廣矩陣中第$i$列替換為常數(shù)列$\beginb_1 \\ b_2 \\ b_3\end$,得到新的矩陣$A_i$。對(duì)于每個(gè)矩陣$A_i$,求解其行列式$D_i$。

(4)按照克拉默法則的公式:

$$

x_i = \frac

$$

求解出每個(gè)未知數(shù)的值。

這種方法比較適合計(jì)算較為復(fù)雜的線性方程組。

綜上所述,我們介紹了三種計(jì)算三階行列式的方法,分別是按照定義計(jì)算、按行列式的性質(zhì)計(jì)算和按照克拉默法則計(jì)算。不同的方法適用于不同的情況,我們可以根據(jù)具體的問(wèn)題選擇合適的方法來(lái)計(jì)算三階行列式。

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