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  • 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。
    image
    如下是一个箭头行列式。

    (Dn =left| {egin{array}{*{20}{c}} {x1}&p&p& cdots &p\ q&{x2}&{}&{}&{}\ q&{}&{x3}&{}&{}\ vdots &{}&{}& ddots &{}\ q&{}&{}&{}&{xn} end{array}} ight|)

    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| {egin{array}{*{20}{c}} {x1 + p( - frac{q}{{x2}})}&p&p& cdots &p\ 0&{x2}&{}&{}&{}\ q&{}&{x3}&{}&{}\ vdots &{}&{}& ddots &{}\ q&{}&{}&{}&{xn} end{array}} ight|)

    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| {egin{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}} ight|)

    这个操作重复多次,直到得到上三角行列式

    (Dn =left| {egin{array}{*{20}{c}} {x1 - pqsumlimits_{i = 2}^n {_{}} frac{1}{{xi}}}&p&p& cdots &p\ {}&{x2}&{}&{}&{}\ {}&{}&{x3}&{}&{}\ {}&{}&{}& ddots &{}\ {}&{}&{}&{}&{xn} end{array}} ight|)

    解得
    (Dn = (x1 - pqsumlimits_{i = 2}^nfrac{1}{{xi}})prodlimits_{i = 2}^n {xi}).

    第三类 两三角型行列式

    (Dn = left| {egin{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}} ight|)

    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)(b)

    1.当(a=b)时:

    (Dn = left| {egin{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}} ight|)

    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| {egin{array}{*{20}{c}} {x1}&a&a&a&a\ {a - x1}&{x2 - a}&{}&{}&{}\ {a - x1}&{}&{x3 - a}&{}&{}\ cdots &{}&{}& ddots &{}\ {a - x1}&{}&{}&{}&{xn} end{array}} ight|)

    化成箭头行列式:

    (Dn = left| {egin{array}{*{20}{c}} {x1 + a(x1 - a)sumlimits_{i = 2}^n {frac{1}{{xi - a}}} }&a&a&a&a\ 0&{x2 - a}&{}&{}&{}\ 0&{}&{x3 - a}&{}&{}\ vdots &{}&{}& ddots &{}\ 0&{}&{}&{}&{xn} end{array}} ight|)

    解得(Dn=[x1 + a(x1 - a)sumlimits_{i = 2}^n {frac{1}{{xi - a}}}]prodlimits_{i = 2}^n {(xi-a)})

    2.当(a≠b)

    (Dn = left| {egin{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}} ight|)

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