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爪形行列式的特征

生活 更新时间:2024-12-26 11:12:05

所謂爪型行列式,指的是一類看起來像爪子一樣的行列式。一般指除了第一行和第一列以及對角線之外,其它元素都是0的行列式。這類行列式應該怎麼求它的值呢?接下來我們由一些特殊的例子入手,來分析它的解法。

爪形行列式的特征(爪型行列式到底是什麼)1

最典型的爪型行列式,是對角線上的元素相同,除了第一個元素之外,第一行和第一列的其它元素也都相同的形式,比如n階行列式:

D=|x,a,a,…a; a,x,0,…,0; a,0,x,…,0;…, …, …, …;a,0,0,…,x|,x不等于0,元素間用逗号分隔,行與行之間用分号分隔,下同。

爪形行列式的特征(爪型行列式到底是什麼)2

首先,将其它列都乘以-a/x,并全部加到第1列,就得到:

D=|x-(n-1)a^2/x,a,a,…a; 0,x,0,…,0; 0,0,x,…,0;…, …, …, …;0,0,0,…,x|.

這是一個上三角行列式,它的值等于對角線上所有元素的積,因此,

D=x^(n-1) (x-(n-1)a^2/x)=x^n-(n-1)a^2x^(n-2).

爪形行列式的特征(爪型行列式到底是什麼)3

假如第一行除了第一個元素之外其它元素都是b,則結果為:D=x^n-(n-1)abx^(n-2). 由此我們可以知道,對于一般的n階爪型行列式:

D=|x1,b1,b2,…b_(n-1); a1,x2,0,…,0; a2,0,x3,…,0;…, …, …, …;a_(n-1),0,0,…,xn|,其中xj不等于0,j=1,2,…,n. 它的解法是将第一列除了第一個元素之外所有的元素化為0,從而将行列式化為上三角行列式,則它的對角線上所有的元素的積,就是行列式的值。

爪形行列式的特征(爪型行列式到底是什麼)4

具體的方法是除了第一列之外,第j列乘以-a_(j-1)/xj, j=2,3,…,n,都加到第一列,得到:

D=|x1-求和(j=2->n)a_(j-1)b_(j-1)/xj,b1,b2,…b_(n-1); 0,x,0,…,0; 0,0,x,…,0;…, …, …, …;0,0,0,…,xn|=(x1-求和(j=2->n)a_(j-1)b_(j-1)/xj)求積(k=2->n)xk.

爪形行列式的特征(爪型行列式到底是什麼)5

最後來看一道真題,作為一個實例結束這個類型的行列式的探究。求n階(爪型)行列式:D=|1,2,3,…n; 2,1,0,…,0; 3,0,1,…,0;…, …, …, …;n,0,0,…,1|.

爪形行列式的特征(爪型行列式到底是什麼)6

這個行列式的第一行是正整數列,第二行也是正整數列,對角線上的元素都是1. 我們可以代入上面推出來的公式,直接得到答案:D=(1-求和(j=2->n)j^2​。其中正整數的平方數列前n項和的公式是n(n 1)(2n 1)/6,因此,D=2-n(n 1)(2n 1)/6.

當然,這裡探究的是最典型的爪型行列式,如果對它進行變形,每改變一點,結果都可能會發生非常大的變化,因此學習還是要有探究的精神,靠推導公式就想解決一切同類問題,顯然是不科學的。

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