1??a?(n?1)b?.bb0a?b
0a?b00??a?(n?1)b?.(a?b)n?1
例3计算行列式
aD?aba?bca?b?cda?b?c?d4a?3b?2c?d.
a2a?b3a?2b?ca3a?b6a?3b?c10a?6b?3c?d解从第4行开始,后行减前行,得
abD?0aca?bda?b?c.
0a2a?b3a?2b?c0a3a?b6a?3b?c
ab?0000ab?0000caaca0da?b?c2a?b6a?3b?cd2a?ba?a4 .
0aa?b0aa?ba?b?c可见,计算高阶行列式时利用性质将其化为上三角行列式,既简便又程序化. 例4设
a11ak1c11cn1a1kakkc1kcnkb11bn1b1nbnnD?,
a11D1?det(aij)ak1b11D2?det(bij)bn1证明:D?D1D2.
a1k, akkb1n, bnn证 对D1作运算ri?krj,把D1化为下三角行列式,设为
P11D1?Pk1Pkk?p11pkk;
对D2作运算ci?kcj,把D2化为下三角行列式,设为
q11D2?qn1qnn?q11q22qnn.
于是,对D的前k行作运算ri?krj,再对后n列作运算ci?kcj,把D化为
p11pk1c11cn1
第四节行列式按一行(列)展开
将高阶行列式化为低阶行列式是计算行列式的又一途径,为此先引进余子式和代数余子式的概念.
在n阶行列式中,划去元素aij所在的行和列,余下的n-1阶行列式(依原来的排法),称为元素aij的余子式,记为Mij.余子式前面冠以符号(-1)i+j,称为元素aij的代数余子式,记为Aij=(-1)i+jMij.
例如四阶行列式
D?pkkc1kcnkq11qn1qnn?p11pkkq11qnn?D1D2
a11a21a31a41a12a22a32a42a13a23a33a43a14a24a34a44
中元素a23的余子式和代数余子式分别为
a11M23?a31a41
a12a32a42a14a34; a44A23?(?1)2?3M23??M23
引理一个n阶行列式D,如果第i行所有元素除aij外全为零,则行列式
D?aijAij.
证 先证aij位于第1行第1列的情形,此时
D?a11a210a220a2nann,
an1an2这时第三节例4中当k=1时的特殊情形,按第三节例4的结论有
D?a11M11?a11A11.
再证一般情形,此时
a11D?0an1a1jaijanja1n0. ann我们将D作如下的调换:把D的第i行依次与第i-1行,第i-2行,…,第1行对调,这样数aij就调到了第1行第j列的位置,调换次数为i-1次;再把第j列依次与第j-1列,第j-2列,…,第1列对调,数aij就调到了第1行第1列的位置,调换次数为j-1,总共经过(i-1)+(j-1)次对调,将数aij调到第1行第1列的位置,第一行其他元素为零,所得的行列式记为D1,则,而aij在D1中的余子式仍然是aij在D中的余子式Mij,利用前面的结果,有
D1?aijMij
于是 D?(?1)i?jD1?(?1)i?jaijMij?aijAij
定理4.1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的乘积之和,即 D=ai1Ai1+ai2Ai2+…+ainAin(i=1,2,…,n), 或
D=a1jA1j+a2jA2j+…+anjAnj(j=1,2,…,n). 证
a11D?ai1?0?an1a11?ai1an1a120an2a1na11a12?00?ai2?0?an2a12ai2a1n0?ann?00?a1n?0?ain anna11?0a120a1nain, ann0?0annan1an2an1an2根据引理有
D=ai1Ai1+ai2Ai2+…+ainAin=∑nk=1aikAik(k=1,2,…,n). 类似地,我们可得到列的结论,即
D=a1jA1j+a2jA2j+…+anjAnj=∑nk=1akjAkj(j=1,2,…,n).这个定理称为行列式按行(列)展开法则,利用这一法则并结合行列式的性质,可将行列式降阶,从而达到简化计算的目的.
例1再解第三节中例1.
2解 D??57?9?61?12120011121
0630?3544?1?7122?2?1?1?(?1)1?31226?30013?1?10213?1013?10
?(?1)1?1?(?3)=-3×(-1)×(-1)×3=-9. 例2计算行列式
an0a1D2n?0c10cn
解 按第1行展开有
bnb10d1
dnan?10a1D2n?an0c1cn?100an?10a1?bn?(?1)1?2n0c10cncn?100d1b10d1b1bn?100
dn?100dnbn?10
dn?10?andnD2(n?1)?bncnD2(n?1)?(andn?bncn)D2(n?1),,
以此作递推公式,得