线性代数


行列式

(1)行列式

什么是行列式?

$$
\left|
\matrix{
a & b \cr
c & d
}
\right|
$$

这就是行列式!

形如上面两竖线组成的就是行列式
其行数等于列数,行列等价.

(2)逆序数

将$1$ ~ $n$进行排列,枚举每对数字,如果大的在前,小的在后,这一对数就是一个逆序,这个排列逆序的总量就是逆序数.

准确的说:对于排列 $p$, 令 $1 \le i < j \le n$,若 $p_i > p_j$,则这是一个逆序对,所有取值中逆序对的数量就是这个排列的逆序数.

例如:2 3 5 4 1
对于这个排列,其所有逆序对为: 2 13 15 45 14 1,故其逆序数为 $5$, 记作$\tau(23541)=5$.

(3)奇排列 / 偶排列

奇排列:逆序数为奇数,即 $\tau(p)\mod 2 = 1$

偶排列:逆序数为偶数,即 $\tau(p)\mod 2 = 0$

例如上面的排列:$\tau(23541) = 5 \mod 2 = 1$,所以这是一个奇排列.

(4)行列式的计算

$n$ 阶行列式定义为:

$$ \left|
\matrix{
a_{11} & a_{12} & \cdots & a_{1n} \cr
a_{21} & a_{22} & \cdots & a_{2n} \cr
\vdots & \vdots & \ddots & \vdots \cr
a_{n1} & a_{n2} & \cdots & a_{nn}
}
\right| =
\sum (-1)^{\tau(j_1 j_2 \cdots j_n)}
a_{1j_1} a_{2j_2} \cdots a_{n j_n}
$$

别被它吓到了!其实很简单!

从每一行中取出一个值,且这些值不是同列,将他们相乘。
如果这个取值方法的列标号是奇排列,再加上一个负号。
把所有情况再求和,就是行列式的结果!

例如:
【例1】求下列二阶行列式

$\left| \matrix{ 1 & 2 \cr 4 & 5 } \right|$

我们使用定义法来做:
所有排列:
$1 2 = a_{11} \times a_{22} = 1 \times 5 = 5,这是一个偶排列(τ(12)=0),故为正数$
$2 1 = a_{12} \times a_{21} = 2 \times 4 = 8 \times -1 = -8,这是一个偶排列(τ(21)=1),故为负数$

将上面所有数求和,结果为 $-3$

故答案为 $-3$

【例2】求下列三阶行列式。

$\left| \matrix{
1 & 2 & 3 \cr
4 & 5 & 6 \cr
7 & 8 & 9
} \right|$

先自行做一下,下方黑框中有题解,鼠标放上去就显示!

我们使用定义法来做:

所有排列:
$1 2 3 = a_{11} \times a_{22} \times a_{33} = 1 \times 5 \times 9 = 45,这是一个偶排列(\tau(123) = 0),故为正数$
$1 3 2 = a_{11} \times a_{13} \times a_{12} = 1 \times 6 \times 8 = 48 \times -1 = -48,这是一个奇排列(\tau(132) = 1),故为负数$
$2 1 3 = 2 \times 4 \times 9 = 72 \times -1 = -72$
$2 3 1 = 2 \times 6 \times 7 = 84$
$3 1 2 = 3 \times 4 \times 8 = 96$
$3 2 1 = 3 \times 5 \times 7 = 105 \times -1 = -105$

将上面所有数求和,结果为 $0$
居然是零诶!

(5)二阶行列式直接计算

$$
\left|
\matrix{
a & b \cr
c & d
}
\right|
= ad - bc
$$

【例】求下列二阶行列式

$\left|
\matrix{
\cos\theta & \sin\theta \cr
-\sin\theta & \cos\theta
}
\right|$

$原式 = cos^2\theta + sin^2\theta = 1$


文章作者: Cysheper
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