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如何利用行列式的性質(zhì)計算行列式

來源 :華課網(wǎng)校 2024-06-20 11:55:27

行列式是線性代數(shù)中的重要概念,它可以用來描述矩陣的性質(zhì),求解線性方程組、計算矩陣的逆等等。在實際應(yīng)用中,我們通常需要計算行列式的值。本文將介紹如何利用行列式的性質(zhì)來計算行列式。

首先,我們需要了解行列式的定義。對于一個 $n\times n$ 的矩陣 $A$,它的行列式表示為 $|A|$,定義為:

$$|A|=\sum_\mathrm(\sigma)a_a_\cdots a_$$

其中,$\sigma$ 是 $S_n$ 中的一個置換,$\mathrm(\sigma)$ 是 $\sigma$ 的符號,$a_$ 表示 $A$ 的第 $i$ 行第 $\sigma(i)$ 列的元素。

在實際計算中,直接按照定義計算行列式的值是非常困難的。因此,我們需要利用行列式的性質(zhì)來簡化計算。

性質(zhì) 1:交換矩陣的兩行(列),行列式的值變號。

這個性質(zhì)可以用來將矩陣變換成上三角矩陣或下三角矩陣,從而簡化計算。

性質(zhì) 2:如果矩陣的某一行(列)是另外兩行(列)的線性組合,那么行列式的值為 $0$。

這個性質(zhì)可以用來判斷矩陣是否可逆。

性質(zhì) 3:將矩陣的某一行(列)乘以一個數(shù) $k$,行列式的值乘以 $k$。

這個性質(zhì)可以用來將矩陣的某一行或列化為 $1$,從而簡化計算。

利用這些性質(zhì),我們可以將矩陣變換成一個簡單的形式,從而計算行列式的值。下面以一個 $3\times 3$ 的矩陣為例:

$$A=\begin1 & 2 & 3 \\ 2 & 3 & 1 \\ 3 & 1 & 2\end$$

首先,我們可以交換 $A$ 的第 $1$ 行和第 $2$ 行,得到一個新矩陣 $B$:

$$B=\begin2 & 3 & 1 \\ 1 & 2 & 3 \\ 3 & 1 & 2\end$$

由于交換了兩行,$B$ 的行列式的值為 $-|A|$。接下來,我們可以將 $B$ 的第 $2$ 行減去第 $1$ 行,得到一個新矩陣 $C$:

$$C=\begin2 & 3 & 1 \\ -1 & -1 & 2 \\ 3 & 1 & 2\end$$

由于 $C$ 的第 $2$ 行是第 $1$ 行和第 $2$ 行的線性組合,所以 $C$ 的行列式的值為 $0$。因此,我們可以將 $C$ 的第 $2$ 行乘以 $-1$,得到一個新矩陣 $D$:

$$D=\begin2 & 3 & 1 \\ 1 & 1 & -2 \\ 3 & 1 & 2\end$$

由于 $D$ 的第 $1$ 行和第 $2$ 行的和為 $D$ 的第 $3$ 行,所以 $D$ 的行列式的值為 $0$。因此,我們可以將 $D$ 的第 $3$ 行減去第 $1$ 行,得到一個新矩陣 $E$:

$$E=\begin2 & 3 & 1 \\ 1 & 1 & -2 \\ 1 & -2 & 1\end$$

現(xiàn)在,$E$ 變成了一個上三角矩陣,我們可以直接計算行列式的值:

$$\begin |E|&=2\times 1\times 1\\ &=2 \end$$

因此,$|A|=-|B|=2$。

總結(jié)一下,利用行列式的性質(zhì)可以將矩陣變換成一個簡單的形式,從而簡化計算行列式的值。當(dāng)然,在實際應(yīng)用中,還有許多其他的技巧和方法可以用來計算行列式,這里就不一一列舉了。

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