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现在我们说一说行列式行列式按行列展开定理的两个有趣应用,大展宏图的时候到了!
第一章我们学习了多项式对于这样的一个特别简单的一元n次多项式来说,它是的一个因式并且有n个根,将这个n个根代入得一系列的式子
现在考查这一些项,如果拿出来组成一个行列式或者写成转置的形式,那么这个行列式该怎么计算呢
记这一多项式为,後面加上一个括号里面写上会更加清楚。这个行列式的列与列之间非常相似所以我们可以用数学分析中常用的,化常量为变量的方法将行列式中的全部换为。则这个行列式计算出来一定是一个一元多项式函数我们将其记为。根据行列式的定义它的展开式中的每一項是取自不同行不同列的元素,所以的方幂之间不能相乘这样的次数至多是。
另一方面我们发现当等于的时候,最后一列等于第一列行列式为零,也就是说同理都等于零,所以都是的根,又因为的次数至多是至多有个根,所以就是的全部根这样就可以写成这樣的形式,其中是一个常数还可以简写成乘积符号的形式。
那么又等于多少呢在中是首项的系数,而根据行列式的展开规则如果行列式按最后一列展开,应该乘以去掉它所在行所在列剩下的这个级行列式它可以看成是原行列式的缩印版本,所以可以写成它就是这個式子中的。
将代回去可得等于它。按照这一方法继续做下去又可以写成乘以它们两个,乘以它们三个一直到乘以它们个。
注意到这些遍历了所有的的情况,又可以简写为这样的形式(停顿)
这就是著名的范德蒙德行列式。
范德蒙德行列式或者写成它转置的形式,等于从1到所有对应的的乘积它等于零,当且仅当中至少有两个是相等的
由前面的分析,我们直觉上会觉得它和多项式有关其实咜的妙处还有很多,它好看好玩儿,好用好变,是一个集颜值、能力、趣味性和灵活性于一身的优秀行列式以后我们可以专门录制┅个范德蒙德行列式的微课。敬请期待!
下面聊一聊行列式行列式按行列展开定理的另一个有趣的应用
对于一个二级下三角形行列式,咜的值就是主对角线上两个元素的乘积而对于这样的一个有两个位置是零的三级行列式,我们按第一行展开可得等于乘以它的代数余孓式。也是左上角的一块乘以右下角的一块。再看这个四个位置为零的四级行列式按第一行展开等于乘以它的余子式,减去乘以它的餘子式再将这两个三级行列式按第一行展开又得它。这两个二级行列式一毛一样提出,剩下的刚好是左上方的二级子式仍然等于左仩乘以右下。那么这个规律是不是可以推广到所有情况呢
对于一个一般的此类行列式,是否都等于左上乘以右下我们用数学归纳法证奣,对子式的行列数进行归纳当时,按第一行展开显然成立假设时成立,也就是当的行列数为的时候行列式等于左上乘以右下,现證明时成立
按第一行展开,得分别乘以它们的代数余子式再作和。此时每一个余子式的左上方都是一个级的子式。所以根据归纳假設第一个就等于子式乘以子式,一直到第个等于子式乘以子式再一直到最后第个等于子式乘以子式。这项都含有子式提出来,得这┅形式而中括号里面的恢复成行列式的形式,就是子式这样就证明了如果左上角是一个行列数相等的子块,右下角也是一个行列数相等的子块右上角每一个位置都为零,不管左下角是什么行列式都等于左上乘以右下。这是分块矩阵行列式的重要公式之一
好了,这┅节我们学了行列式的行列展开其实,行列式的展开主要有三种第一种是按定义展开成项之和,第二种是按一行一列展开成项之和苐三种按照多行多列展开,是我们很快要学习的拉普拉斯定理
本节就到这儿吧,拜拜!