行列式计算的归纳
线性代数真难,而且这个学期就要结课。学到现在(矩阵的分块),个人感觉最难的还是行列式的计算。哎哎。不过好在这些东西很有套路性,经过一番学习后,我就来总结一下——
行列式的分类
第一类 范德蒙德行列式
占坑
第二类 箭头行列式(爪型行列式)
此类行列式以形状酷似箭头而得名。
如下是一个箭头行列式。
\(Dn =\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1}&p&p& \cdots &p\\ q&{x2}&{}&{}&{}\\ q&{}&{x3}&{}&{}\\ \vdots &{}&{}& \ddots &{}\\ q&{}&{}&{}&{xn} \end{array}} \right|\)
要计算这种行列式,只需设法将箭头的任意一侧消去,得到一个三角行列式后即可快速计算。
现在以消去左箭头,即第一列为例:
若想消去第一列的第二个元素q,则将第二列整体乘以\(-\frac{q}{x2}\)后加到第一列,得到
\(Dn =\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1 + p( - \frac{q}{{x2}})}&p&p& \cdots &p\\ 0&{x2}&{}&{}&{}\\ q&{}&{x3}&{}&{}\\ \vdots &{}&{}& \ddots &{}\\ q&{}&{}&{}&{xn} \end{array}} \right|\)
若想消去第一列的第三个元素q,则将第三列整体乘以\(-\frac{q}{x3}\)后加到第一列,得到
\(Dn =\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1 + p( - \frac{q}{{x2}})+p( - \frac{q}{{x3}})}&p&p& \cdots &p\\ 0&{x2}&{}&{}&{}\\ 0&{}&{x3}&{}&{}\\ \vdots &{}&{}& \ddots &{}\\ q&{}&{}&{}&{xn} \end{array}} \right|\)
这个操作重复多次,直到得到上三角行列式
\(Dn =\left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1 - pq\sum\limits_{i = 2}^n {_{}} \frac{1}{{xi}}}&p&p& \cdots &p\\ {}&{x2}&{}&{}&{}\\ {}&{}&{x3}&{}&{}\\ {}&{}&{}& \ddots &{}\\ {}&{}&{}&{}&{xn} \end{array}} \right|\)
解得
\(Dn = (x1 - pq\sum\limits_{i = 2}^n\frac{1}{{xi}})\prod\limits_{i = 2}^n {xi}\).
第三类 两三角型行列式
\(Dn = \left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1}&b&b& \cdots &b\\ a&{x2}&b& \cdots &b\\ a&a&{x3}& \cdots &b\\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ a&a&a& \cdots &{xn} \end{array}} \right|\)
两三角形行列式就像所有的0都被填满了的上三角和下三角行列式。主对角线上下的元素都分别为\(a\)和\(b\)
1.当\(a=b\)时:
\(Dn = \left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1}&a&a& \cdots &a\\ a&{x2}&a& \cdots &a\\ a&a&{x3}& \cdots &a\\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ a&a&a& \cdots &{xn} \end{array}} \right|\)
如果能把主对角线下(或者上)方的所有a消去,得到一个箭头行列式,再套用上面的方法,那么问题便可解决。
要想消去\(a\)得到\(0\),经过观察发现,第二列及其之后的所有列的第一个元素都是\(a\),那么让从第二行开始的每一行都减去第一行即可。得到
\(Dn = \left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1}&a&a&a&a\\ {a - x1}&{x2 - a}&{}&{}&{}\\ {a - x1}&{}&{x3 - a}&{}&{}\\ \cdots &{}&{}& \ddots &{}\\ {a - x1}&{}&{}&{}&{xn} \end{array}} \right|\)
化成箭头行列式:
\(Dn = \left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1 + a(x1 - a)\sum\limits_{i = 2}^n {\frac{1}{{xi - a}}} }&a&a&a&a\\ 0&{x2 - a}&{}&{}&{}\\ 0&{}&{x3 - a}&{}&{}\\ \vdots &{}&{}& \ddots &{}\\ 0&{}&{}&{}&{xn} \end{array}} \right|\)
解得\(Dn=[x1 + a(x1 - a)\sum\limits_{i = 2}^n {\frac{1}{{xi - a}}}]\prod\limits_{i = 2}^n {(xi-a)}\)
2.当\(a≠b\)时
\(Dn = \left| {\begin{array}{*{20}{c}} {x1}&b&b& \cdots &b\\ a&{x2}&b& \cdots &b\\ a&a&{x3}& \cdots &b\\ \cdots & \cdots & \cdots & \cdots & \cdots \\ a&a&a& \cdots &{xn} \end{array}} \right|\)