每日一题线性代数矩阵行列式(线性代数知识点摘抄)(1)

对换

为了研究n阶行列式的性质,我们先来讨论对换以及它与排列的奇偶性的关系。

在排列中,将任意两个元素对调,其余的元素不动,这种作出新排列的手续叫做对换,将相邻两个元素对换,叫做相邻对换

定理 1 一个排列中的任意两个元素对换,排列改变奇偶性。

先证相邻对换的情形。

设排列为,对换与,变为。显然,这些元素的逆序数经过对换并不改变,而两元素的逆序数改变为:当时,经对换后的逆序数增加而的逆序数不变;当时,经对换后的逆序数不变而的逆序数减少。所以排列与排列的奇偶性不同。

再证一般对换的情形。

设排列为,把它作次相邻对换,调成,再做次相邻对换,调成,总之,经过次相邻对换,排列调成排列,所以这两个排列的奇偶性相反。

列如12345,变成14325。2和3对换1次,变成13245;4和2对换1次,变成13425;4和3对换1次,变成14325。共对换3次,逆序数由0变为3,奇偶性对换。

推论 奇排列调成标准排列的对换次数为奇数,偶排列调成标准排列的对换次数为偶数

证 由定理知对换的次数就是排列奇偶性的变化次数,而标准排列是偶排列(逆序数为0),因此知推论成立。 证毕。

利用定理,我们来讨论行列式定义的另一种表示法。

对于行列式的任一项

,

其中为自然排列,为排列的逆序数,对换元素与成

,

这时,这一项的值不变,而行标排列与列标排列同时作了一次相应的对换。设新的行标排列的逆序数为,则为奇数(由定理1得知);设新的列标排列的逆序数为,则(奇偶性对换)。故有,于是

这就表明,对换乘积中两元素的次序,从而行标排列和列标排列同时作出了相应的对换,则行标排列和列标排列的逆序数之和并不改变奇偶性。经一次对换是如此,经多次对换当然还是如此。于是,经过若干次对换。使:

列标排列(逆序数为)变为自然排列(逆序数为0);

行标排列则相应地从自然排列变为某个新的排列,设此排列为,其逆序数为,则有

又,若,则(即),可见排列由排列所唯一确定。

定理 2 n阶行列式也可定义为,其中为行标排列的逆序数。

按行列式定义有

按上面讨论知:对于中任一项,总有且仅有中的某一项与之对应并相等;反之,对于中的任一项,也总有且仅有中的某一项与之对应并相等,于是与中的项可以一一对应相等,从而。

矩阵和转置矩阵的关系对应行列式与的关系。

行列式的性质

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行列式称为行列式的转置行列式

性质 1 行列式与它的转置行列式相等。

记的转置行列式

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即,按定义

而由定理 2 ,有

,故。

由此性质可知,行列式中的行与列具有同等的地位,行列式的性质凡是对行成立的对列也同样成立,反之亦然。

性质 2 互换行列式的两行(列),行列式变号

设行列式

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是由行列式交换两行得到的,即当时,;当时,于是

其中为自然排列,为排列的逆序数。设排列的逆序数为,则,故

。 证毕

以表示行列式的第行,以表示第列。交换两行记作,交换

两列记作。

推论 如果行列式有两行(列)完全相同,则此行列式为零。

把这两行互换,有,故。

性质 3 行列式的某一行(列)中所有元素都乘以同一数,等于用数乘此行列式。

第行(或列)乘以,记作(或)。

推论 行列式中某一行(列)的所有元素的公因子可以提到行列式符号的外面。

第行(或列)提出公因子,记作(或)。

性质 4 行列式中如果有两行(列)元素成比例,则此行列式为零。

性质 5 行列式的某一列(行)的元素都是两数之和,例如第列的元素都是两数之和:

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则等于下列两个行列式之和:

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性质 6 把行列式的某一列(行)的各元素乘以同一数然后加到另一列(行)对应的元素上去,行列式不变。例如以数乘第列加第列上(记作),有

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每日一题线性代数矩阵行列式(线性代数知识点摘抄)(8)

(以数乘第行加第行上(记作)。

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