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Geeks_Z
2024-05-01

行列式及其性质

行列式(determinant)的性质:

  1. detI=1,单位矩阵行列式值为一。

  2. 交换行行列式变号。

    在给出第三个性质之前,先由前两个性质可知,对置换矩阵有detP={1even−1odd。

    举例:|1001|=1,|0110|=−1,于是我们猜想,对于二阶方阵,行列式的计算公式为|abcd|=ad−bc。

  3. a. |tatbtctd|=t|abcd|。

    b. |a+a′b+b′cd|=|abcd|+|a′b′cd|。

    注意:这里并不是指det(A+B)=detA+detB,方阵相加会使每一行相加,这里仅是针对某一行的线性变换。

  4. 如果两行相等,则行列式为零。使用性质2交换两行易证。

  5. 从第k行中减去第i行的l倍,行列式不变。这条性质是针对消元的,我们可以先消元,将方阵变为上三角形式后再计算行列式。

    举例:|abc−lad−lb|=3.b|abcd|+|ab−la−lb|=3.a|abcd|−l|abab|=4|abcd|

  6. 如果方阵的某一行为零,则其行列式值为零。使用性质3.a对为零行乘以不为零系数l,使ldetA=detA即可证明;或使用性质5将某行加到为零行,使存在两行相等后使用性质4即可证明。

  7. 有上三角行列式U=|d1∗⋯∗0d2⋯∗⋮⋮⋱⋮00⋯dn|,则detU=d1d2⋯dn。使用性质5,从最后一行开始,将对角元素上方的∗元素依次变为零,可以得到型为D=|d10⋯00d2⋯0⋮⋮⋱⋮00⋯dn|的对角行列式,再使用性质3将对角元素提出得到dndn−1⋯d1|10⋯001⋯0⋮⋮⋱⋮00⋯1|,得证。

  8. 当矩阵A为奇异矩阵时,detA=0;当且仅当A可逆时,有detA≠0。如果矩阵可逆,则化简为上三角形式后各行都含有主元,行列式即为主元乘积;如果矩阵奇异,则化简为上三角形式时会出现全零行,行列式为零。

    再回顾二阶情况:消元|abcd|→消元|ab0d−cab|=ad−bc,前面的猜想得到证实。

  9. detAB=(detA)(detB)。使用这一性质,detI=detA−1A=detA−1detA,所以detA−1=1detA。

    同时还可以得到:detA2=(detA)2,以及det2A=2ndetA,这个式子就像是求体积,对三维物体有每边翻倍则体积变为原来的八倍。

  10. detAT=detA,前面一直在关注行的属性给行列式带来的变化,有了这条性质,行的属性同样适用于列,比如对性质2就有“交换列行列式变号”。

    证明:|AT|=|A|→|UTLT|=|LU|→|UT||LT|=|L||U|,值得注意的是,L,U的行列式并不因为转置而改变,得证。

上次更新: 2025/06/25, 11:25:50
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