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行列式的概念与计算

行列式是线性代数中一种重要的概念。它可以用来描述线性变

换对于向量空间的影响,也是求解线性方程组的基本方法之一。

本文将介绍行列式的概念与计算方法。

一、行列式的概念

行列式是由元素构成的一个二阶矩阵,表示为|A|。其中,A是

一个n阶方阵,n≥2。行列式的值是一个实数,用det(A)表示。

行列式的计算需要用到某种特定的排列求和方式,这种排列被

称为置换。设有n个元素,它们可以组成n!种排列。用S(n)表示

这些排列的全体。如果有一个排列σ={(1,i1),(2,i2),…,(n,in)},其中

1≤i1,i2,…,in≤n且不同,则称σ是n个元素的一个置换。每个置换

都有一个符号,用sgn(σ)表示。

对于一个n阶方阵A,我们可以将它的行列式表示为:

|A|=∑σ∈S(n)sgn(σ)a1σ(1)a2σ(2)…anσ(n)

其中,a1σ(1)表示A的第1行第σ(1)列的元素;a2σ(2)表示A

的第2行第σ(2)列的元素,以此类推。由于每个排列σ都会贡献

一个符号sgn(σ),因此行列式的值是对各种排列的元素积求和的

结果。

二、行列式的计算方法

2.1二阶行列式

二阶行列式是最简单的情况,由一个2×2矩阵构成。设A=[aij]

是一个2×2矩阵,则它的行列式表示为:

|A|=a11a22−a12a21

这个公式可以通过我们之前介绍的方法直接计算得出。

2.2三阶行列式

三阶行列式是由一个3×3矩阵构成的行列式。设A=[aij]是一个

3×3矩阵,则它的行列式表示为:

|A|=a11a22a33+a12a23a31+a13a21a32−a31a22a13−a32a23a11−a3

3a21a12

这个公式可以通过三阶行列式的定义直接计算得出,也可以用

高斯消元法或其他适当的方法计算得出。

2.3高阶行列式

对于高阶行列式,计算就要更加复杂。一般情况下,我们会采

用行列式的性质来简化计算。下面介绍行列式常用的性质。

性质1:行列式的某一行(列)乘以一个数k,等价于行列式乘

以k。

即det(kA)=k×det(A)

性质2:交换行列式的某两行(列),行列式的值变为相反数。

即det(A)=−det(A′)

其中,A′是A中交换了两行(列)的矩阵。

性质3:行列式的某一行(列)加上另一行(列)的k倍,行列式的

值不变。

即det(A)=det(A′)

其中,A′是A中将某行(列)加上另一行(列)的k倍得到的矩阵。

使用这些性质可以将高阶行列式转化为二三阶行列式的和差,

从而进行计算。如果整个行列式中某一行(列)的所有元素都是0,

那么这个行列式的值为0。

三、行列式的应用

行列式在线性代数中有着广泛应用。其中,求解线性方程组是

行列式应用最为广泛的地方之一。具体地说,对于一组n个未知

数的线性方程组:

a11x1+a12x2+…+a1nxn=b1

a21x1+a22x2+…+a2nxn=b2

an1x1+an2x2+…+annxn=bn

可以将系数矩阵A=[aij]与常数矩阵B=[bi]组成增广矩阵

C=[A|B],然后计算C的行列式。如果det(C)≠0,则这个线性方程

组有唯一解。否则,它无解或者有无穷多解。

除了求解线性方程组,行列式还可以用来描述线性变换的性质。

如果矩阵A表示一个线性变换,那么行列式的绝对值|det(A)|表示

了这个变换对空间面积(或体积)的影响。如果|det(A)|=1,则称这个

变换是保面积(或保体积)的。如果|det(A)|1,则称这个变换是扩大

面积(或体积)的。如果|det(A)|1,则称这个变换是缩小面积(或体

积)的。

四、总结

行列式是线性代数中一种重要的概念,它可以用来描述线性变

换对空间的影响,也是求解线性方程组的基本方法之一。本文介

绍了行列式的概念与计算方法,以及它在线性代数中的应用。希

望本文能够帮助读者更好地理解行列式这一概念。

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