一、行列式
1、定义
一个数学概念,主要用于 线性代数中,它是一个可以从方阵(即行数和列数相等的矩阵)形成的一个标量(即一个单一的数值)
2、二阶行列式
,像这样将一个式子收缩称为一个 2*2 的表达形式
二阶行列式计算:对角线法,左上到右下(主对角线)减去右上到左下(副对角线)
3、三阶行列式
对角线法则计算:
4、n阶行列式
4.1、排列
从一组元素中选出若干个元素,并按照一定的顺序排列起来。对于一个包含 n 个元素的集合,其所有元素的全排列数目是 n!(即 n 的阶乘)
4.2、逆序
如果一个较大 的数排在一个较小的数前面,则称这两个数构成一个逆序;逆序的总数称为逆序数;逆序数可以帮助我们理解排列的"混乱"程度。
例如,在排列 (3,1,4,2) 中,逆序有: 3 和 1 构成一个逆序、3 和 2 构成一个逆序、4 和 2 构成一个逆序;这个排列的逆序数是 3;逆序的表示符号为N或者为τ(读作涛)
4.3、奇排列和偶排列
如果一个排列的逆序数是奇数,则称该排列为奇排列;如果是偶数,则称该排列为偶排列。
例如:N(1432) = 3,则 (1432) 为奇排列;N(4321)=6,则 (4321) 为偶排列。
4.4、对换
排列中的任意两个元素进行交换(称为对换),会改变排列的奇偶性。例如:N(651243) = 10,为偶排列,将5和1兑换,则 N(615243) = 9,为奇排列。
4.5、行列式展开
按行展开
3阶行列式按行展开后为6项,每项为3个不同行不同列的3个元素相乘,aij元素的行标i都是123的自然排列,aij元素列标j则为:123、231、312、321、213、132,总数为3!=6(保证 按照行顺序进行,则逆序数就可用列顺序排列即可 )
分别计算列标排列的逆序数:
N(123) = 0 偶数
N(231) = 1 + 1 = 2 偶数
N(312) = 2 偶数
N(321) = 2 + 1 = 3 奇数
N(213) = 1 奇数
N(132) = 1 奇数
通过观察公式可以看出,逆序数为偶数的排列的运算符号为+
,为奇数的排列的运算符号为-
总结:
1.行标取自然排列(一般以第一行为准,按照从左到右依次排队)
2.不同行不同列的3个元素相乘 (第一行取了第一列的数据,那么第二行的数据只能从第二列或第三列获取)
3.列标取排列的所有可能 (第一行取了第一列的数据,那么就产生两种数据 ,或者,同理类推,在第一个确定的情况,后面只会有两种排列)
4.列标排列的逆序数的奇偶性决定运算符号,逆序数为偶数的运算符号为+
,奇数的运算符号为-
那么得到n阶行列式的表达式为
也就是挨个列举第一行的值乘上排列得到值的累加之和;使用逆序数来判断符号。
例如:
按列展开
同按行展开,列标按顺序获取,列举所有可能行标,判断行标的逆序数,将所有可能值相机得到最终结果
4.6、特殊n阶行列式
行列式某一行(列)全为0,则行列式为0;
三角形行列式等于对角线元素的乘积(逆序数判断正负号 ,主对角线为正、副对角线为负);
二、行列式性质
1、行列式的转置等于行列式本身 =
2、交换行列式的两行(任意行列)会导致行列式的值变为其原来的相反数;
3、行列式两行(列)相等,则行列式为0;
4、用k乘以行列式某一行的所有元素 ,等于用k乘以行列式;
5、如果一个行列式的两行(或两列)对应成比例 ,那么这个行列式的值必定为零。(与3类似)
6、如果一个行列式的某一行(或某一列)是两个数之和,那么这个行列式可以表示为两个行列式的和 det(A)=det(B)+det(C)
7、将行列式的某一行(列)乘以一个数加到另一行(列)上,行列式的值保持不变。(切记,归根结底是行列式的行相加或者列相加,不是行乘外来数值赋值到本行列式)
三、行列式扩展
1、代数余子式
余子式 给定一个 n×n的矩阵 A,其第 i 行第j 列的元素 aij的余子式 Mij是指去掉第i行和第j列后得到的 (n−1)×(n−1) 子矩阵的行列式;余子式的一个重要应用是计算行列式的值 ,行列式 det(A)等于任意一行或一列 的元素与其对应的余子式的乘积(代数余子式)的累计之和。
代数余子式 给定一个 n×n 的矩阵 A,其第i行第j列的元素 aij 的代数余子式 Cij定义为: = ⋅
例如:对于一个 3×3的矩阵
元素 a11的代数余子式 C11 = * =
拉普拉斯展开定理 行列式等于它的某一行元素与其代数余子式的乘积之和 (det(A) = ++)
2、克莱姆法则
假设有一个由 n 个线性方程组成的n 元线性方程组如下,可以将方程组写成 AX=B(不存在部分系数等于0);