第一章行列式
第一章 行列式
第一章行列式行列式是一个重要的数学工具．它广泛应用于理、工、农、医、经济等很多领域。
在线性代数中，行列式更是一种不可或缺的重要工具.本章主要介绍行列式的定义、性质、计算及其在求解线性方程组中的应用——Cramer（克莱姆）法则.§1.1 行列式定义一、数域定义1.1 设P是含有0和1的一个数集，若P中任意两个数的和、差、积、商（除数不为0）仍在P中，则称P为一个数域．如果数集P中任意两个数作某一运算后的结果任在P中，则称P对这个运算封闭。
因此数域的定义也可简单叙述为：含有0和1且对加法、减法、乘法、除法（除数不为0）封闭的数集称为数域. 全体有理数组成的集合、全体实数组成的集合、全体复数组成的集合都是数域，分别称为有理数域、实数域、复数域依次用Q、R、C来记。
全体整数组成的集合不是数域，因为任意两个整数的商不一定是整数.要指出的是所有的数域都包含有理数域。
这是因为如果P是一个数域，则1在P中且由于P对加法封闭，所以1+1=2，2+1=3， ，n+1全在P中，即P包含全体自然数；又因0在P中且P对减法封闭，于是 0 - n = - n在P中,所以P包含全体整数；因为任意一个有理数都可表为两个整数的商，再由P对除法的封闭性知P包含全体有理数。
即任何一个数域都包含有理数域.今后本教材中所论及的数都是指某一固定数域中的数，文中一般不再特别加以说明.二、排列为了给出n阶行列式的定义，先介绍n级排列的概念．定义1.2 由自然数1 ，2 ，…，n组成的全排列称为n级排列．记作i1 i2…i nn级排列共有n!个.n级排列中任意两个数，如果大数排在小数之前，则称这两个数构成一个逆序，否则称为顺序.一个n级排列i1 i2…i n的逆序总数称为此排列的逆序数，记作 （i1i2…i n）．逆序数为奇数的排列称为奇排列；逆序数为偶数的排列称为偶排列．因 τ（1 2 … n ）= 0，所以排列1 2 … n 是偶排列。
第1章行列式
分析： (1) 项数: 展开式为 6=3！项的代数和。 (2)结构: 每项为位于不同行、不同列的三个元素的乘积；
a (3)符号:行标自然排列，各项的正负号与列标的排列对照： 1 j a2 j a3 j
1 2 3
考察其列标： 带正号的三项的列标排列是： 123、231、312 带负号的三项的列标排列是： 321、213、132 则
a11 x1 a12 x2 b1 , 1 a21 x1 a22 x2 b2 . 2
1 a22 : 2 a12 :
a11a22 x1 a12a22 x2 b1a22 ,
a12a21x1 a12a22 x2 b2 a12 ,
两式相减消去 x2，得（a11a22 a12a21）x1 b1a22 a12b2 ;
行列式的性质
如： 行列互换
一、 行列式的基本性质
设n阶行列式
将D的行列互换后所得到的行列式称为D的转置行列式
DT (或为D' )
对任何行列式D，有D=DT（行列式与其转置 行列式相等）
性质1 证
D
T
将DT记为
于是有 按行列式的定义
bij a ji ( i , j 1,2,, n)
主对角线下（上）方元素都为0 的行列式叫做上（下）三角行列式
a11 0 0 0 0 0 a a a ; 11 22 nn
D a11 a21 an1 0 0 a22 a2 n a a a ; 11 22 nn 0 0 ann
例8 证明
D
a21 a22
j1 j2 jn
( 1) N ( j1 j2 jn )a j1 1a j2 2 a jn n
第1章线性代数
第一节 二阶、三阶行列式
第一章 行列式
hang lie shi
二阶、三阶行列式的概念在中学已有介绍，在此进一步复习巩固。
一、二阶行列式
对于二元线性方程组
aa1211xx11
a12 x2 a22 x2
b1 ， b2 ，
由消元法得
((aa1111aa2222
a12a21 )x1 a12a21 )x2
第一章 行列式
第一章 行列式
行列式的概念是由解线性方程组 引入的，是线性代数中最基本的内容， 也是学习矩阵与线性方程组的理论基 础。本章主要包括行列式的概念、性 质、展开及应用——克莱姆法则。
目录
1 第一节 二阶、三阶行列式 2 第二节 n阶行列式 3 第三节 行列式的性质 4 第四节 行列式的展开 5 第五节 行列式的应用
研究问题的简捷，引入记号
第一章 行列式
hang lie shi
a11 a12 a13 D a21 a22 a23
a31 a32 a33
来表示变形方程（1-3）中 x1的系数，它是由未知量系数排成三行三列构成的，
称为三阶行列式，即
a11 a12 a13
D a21 a22 a23 a11a22a33 a12a23a31 a13a21a32 a13a22a31 a12a21a33 a11a23a32
显然， D1 ，D2 可看作是以 b1 ，b2 为一列分别取代Ｄ中第1列、第2列得到。
于是，方程组的解可表示为
x1
D1 D
，
x2
D
．
由此，二元线性方程组可通过其未知量系数、常数项构成的二阶行列式
第一章行列式
第一章 行列式一、行列式的概念、展开公式及其性质 （一）行列式的概念nnn n n n a a a a a a a a a A .. (2)12222111211=（二）行列式按行（列）展开公式公式为关于副对角线，其计算角线上元素的乘积三角行列式等于其主对下上的代数余子式为的余子式，而阶行列式，称之为列元素后的行及第中去掉第是其中.2......)(.1)1(1)1( (221122)11221122112211nnnn nn ij ij j i ij ij ijj i ij nj nj j j j j in in i i i i a a a a a a a a a a M a n j i A M M A A a A a A a A a A a A a A ⋅⋅⋅=******=******---=+++=+++=++11212)1(11211121)1(......n n n n n n n nn n na a a a a a a a a ⋅⋅⋅-=******=******---- B A OB A BA OB A B OA B O A n B m A mn ⋅-=*=*⋅=*=*)1(.3阶矩阵，则是阶矩阵，是开式，设两种特殊的拉普拉斯展（三）行列式的性质1．经转置的行列式的值不变，即T A A =2.行列式中某一行各元素如有公因数k ，则k 可以提到行列式符号外，若行列式某行元素全是零，则行列式的值为零3.如果行列式中某行的每个原色都是两个的和，则这个行列式可以拆成两个行列式的和mlb b a a 2121++=mlb a 11+mlb a 224对换行列中某两行的位置，行列式的值只改变正负号；若两行元素对应相对（成比例），则行列式的值为零 5.把某行的k 倍加至另一行，行列式的值不变（四）关于代数余子式的求和...0...)()(.2,.122112211=+++=+++nk nj k j k j jn in j i j i ij ij ij ij A a A a A a A a A a A a a A A a 乘积之和必为零对应元素的代数余子式列元素与另一行列行列式一行的取值无关与式值并不影响其代数余子所在行或列中的元素的只改变二、有关行列式的几个重要公式A k kA n A n =阶矩阵，则是若.1B A B A n B A •=阶矩阵，则是，若.211-1.3--*==AA n A AA n A n 阶可逆矩阵，则是若阶矩阵，则是若∏≤≤----==ni j j i n nn n n nx x A x x x x x x x x x A n A π1112112222121)( (1)...11.4，则阶范德蒙矩阵是若 ∏==ni i i A A n A 1.5λλ的特征值，则是阶矩阵，是若B A B A =，则若~.6三、关于克莱姆法则的系数换成常数项中的是把其中则方程组有唯一解方程组，如果系行列式个未知数的非齐次线性个方程对于j j n n x D D DDx D D x D D x A D n n ,,...,,,02211===≠=则方程组只有零解程组，系数行列式个未知数的齐次线性方个方程对于,0≠=A D n n 0==A D n n 数行列式程组，有非零解，则系个未知数的齐次线性方个方程对于逆序数的计算，从左至右,看每个数后面比它小的数的个数 经初等变换矩阵的秩不变第二章 矩阵及其运算一、矩阵的概念与几类特殊方阵 （一）矩阵及相关概念 1.矩阵阶方阵阶矩阵或是，则称若或矩阵，简记称为列的表格行排成的个数n n A n m a A n m a a a a a a a a a n m a n m n m ij mn m m n n ij =⨯⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⨯⨯,)( (21)2222111211 2.0矩阵00，则称为零矩阵，记作中所有元素而都是如果矩阵A 3.同型矩阵是同型矩阵与则称中如果，矩阵B A t n s m b B a A t s ij n m ij ,,,)(,)(====⨯⨯4.矩阵相等即对应的元素都相等同型矩阵),,(j i b a B A ij ij ∀=⇔= 1. 方阵的行列式 阶行列式其元素可构造对于方阵n a A ij )(=B A B A a a a a a a a a a A nnn n nn≠≠=得不到由,.............. (2)12222111211(二)几类特殊方阵1.单位矩阵 主对角线上的运算全是1，其余元素均为0的n 阶段方阵，称为n 阶单位矩阵， 记为E E A A AE EA ===0;2.对称矩阵),(,j i a a A A n A ji ij T ∀==即阶矩阵，如是设3.反对称矩阵对称矩阵反不一定是对称矩阵，但反也是对称矩阵，则反是同阶的若，即阶矩阵，如是设)()(,,)(,0),(-,-AB A B A B A B A a j i a a A A n A ii ji ij T λ-+=∀==4.对角矩阵、积仍然是对角矩阵同阶的对角矩阵的和差，对角矩阵记为阶矩阵，如是设Λ≠∀≡)(0j i a n A ij5.逆矩阵1,-==AA AB A E BA AB B n n A 记为的逆矩阵唯一的逆矩阵，是是可逆矩阵，，则称使阶矩阵阶矩阵，如存在是设6.正交矩阵T T T A A A E A A AA n A ===-1,是正交矩阵，则称阶矩阵，如是设 7.伴随矩阵*=A A A A A A A A A A A n A a A n a A nnnnn n ij ij ij 的伴随矩阵，记为，称为阶矩阵所构成的的代数余子式的各元素阶矩阵，则由行列式是设....................)(212221212111二、矩阵的运算（一）矩阵的线性运算 1.矩阵的加法C B A B A b a c C n m n m b B a A ij ij ij ij ij =++==⨯⨯==的和称为矩阵矩阵矩阵，则是两个设,)()()(),(2.矩阵的数乘kAA k b a ka n m k n m a A ij ij ij ij 记为的数乘，与矩阵称为数矩阵是一个常数，则矩阵，是设)()()(+=⨯⨯=3.矩阵的乘法nb r A r B Ax B AB A E A A A A B AB BA AB B A BA AB ABC B A b a b a b a b a c c C s m s n b B a A nk kj ik nj in j i j i ij ij ij ij ≤+≠======≠==≠==+++==⨯⨯==∑=)()(,00,0;0,;00,0)2(,)1(,...)()(),(212211则齐次方程组有非零解的解，若程中的每一列都是其次方应联想到或不能堆出，不能退出时，才能运算可交换即与只有换律矩阵的乘法一般没有交的乘积，记为与称为其中矩阵矩阵，则是两个设，命题成立矩阵，秩序是若不能退出的列数，则，且若可逆，则，且矩阵若立：以下两种情况消去率成，对于矩阵乘以不具有消去律n A r n m A C B A AC AB B A A r AB B A AB A AB =⨯=≠======≠=)(,,0,)3(0)(000),0(0（二）关于逆矩阵的运算规律A A =--11))(1( 111))(2(--=A kkA 111))(3(---=A B AB 11)())(4(--=T T A A 11)5(--=A A n n A A )())(6(11--=(三)关于矩阵转置的运算规律A A T T =))(1( T T kA kA =))(2( T T T AB AB =))(3( T T T B A B A +=+))(4(（四）关于伴随矩阵的运算规律E A AA A A ==**)1( )2()2(1≥=-*n AA n )2())(3(2≥=-**n A AA n*-*=A k kA n 1))(4( **=)())(5(T T A A1)(,0)(;1)(,1)(;)(,)()6(-=-====***n A r A r n A r A r n A r n A r π111-1-,)()(,1)()7(-**-**===A A A A A A AA A 可逆，则若（五）关于分块矩阵的运算法则⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡4433221143214321)1(B A B A B A B A B B B B A A A A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡DW CY DZ CX BW AY BZ AX W Z Y X D C B A )2( ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡T TT T TD B C A D C B A )3( ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡n n n C OO B C O O B )4( ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--O B C O O C B O C O O B C O O B 111-1-1-1-)4(，三、矩阵可逆的充分必要条件.8,.70.6)(.5,.4)(.30.2.121的特征值全不为总有唯一解非齐次方程组只有零解齐次方程组向量线性无关行的列是初等矩阵其中，有阶方阵存在可逆，等价于阶方阵A b Ax b Ax A P P P P A nA r A E BA AB B n A n i s =∀=⋅⋅⋅==≠==四、矩阵的初等变换与初等矩阵 （一）矩阵的初等变换及相关概念 1.矩阵的初等变换下述三种对矩阵的行列实施的变换称为矩阵的初等行列变换 （1） 对调矩阵的两行列（2） 用非零常数k 乘以某行列中所有元素（3） 把矩阵某行列所有元素的k 倍加至另一行列对应的元素上去 （4） 求秩（行列变换可混用）；求逆矩阵（只用行或只用列）；求线性方程组的解（只用行变换） （5） 不要混淆矩阵的运算2.行阶梯形矩阵与行最简形矩阵（1）具体如下特征的矩阵称为行阶梯形矩阵①零行（即元素全为零的行）全都位于非零行的下方②各非零行坐起第一个非零元素的列指标由上至下是严格增大（2）如果其非零行的第一个非零元素为1，并且这些非零元素所在列的其他元素均为零，这个行阶梯形矩阵称为行最简形矩阵对于任何矩阵A ，总可以经过有限次初等行变换把它化为行阶梯形矩阵和行最简形矩阵（二）初等矩阵的概念单位矩阵经过一次初等变换所得到的矩阵称为初等矩阵（三）初等矩阵的性质逆是同类型的初等矩阵初等矩阵均可逆，且其同样的行列初等变换做了一次与就是对矩阵，所得乘右左用初等矩阵.2)()(.1P A AP PA A P)()(100013-001100013001)1()(100021000110002000100101010000101010011-11-11-k E k E kE k E EE ij ij i i ij ij -=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---主对角线以外；主对角线；副对角线五、矩阵的等价（一）矩阵等价的概念的秩是矩阵阶单位矩阵是的等价标准形，其中后者是则称若等价，记作与则称矩阵矩阵经有限次初等变换变成矩阵A r r E A EA B A B A B A r r,,000~.~,⎥⎦⎤⎢⎣⎡ （二）矩阵等价的充分必要条件价向量组等价必有矩阵等向量可以互相线性表示；向量组等价是指两个等价是两个不同的概念矩阵的等价与向量组的使得阶可逆矩阵，阶可逆矩阵矩阵，则存在时设，使和存在可逆矩阵秩是同型矩阵且有相同的，等价于⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⨯=000,.2.1~rE PAQ Q n P m n m A BPAQ Q P B A B A⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=====----*-O BC O O C B O C O O B C O O B AE E A A EE A A AA E BA E AB B 111-1-1-1-111)()();()(1，分块矩阵法初等变换法伴随矩阵法或使定义法，找出为阶梯形方程组列方程用高斯消元法化不可逆，则可设未知数，若方法可以先求出可逆，则若方法解题思路的列向量表出的每列可由有解等价于A AB A X A AB r A r A B B Ax 2,,1)()(.2.111--===的主对角线元素之和是矩阵T T αββα 若11,--==P PB A PBP A n n 则1-)(,P P A P A n n n Λ=Λ，令与先求特征值与特征向量求 行列变换与单位矩阵、初等矩阵运算的关系第三章 n 维向量一、n 维向量的概念与运算 （一）n 维向量的概念个分量称为向量的第的矩阵，数或维列向量，也就是维行向量或分别称为或维向量，记作构成的有序数组称为个数i a n n n n a a a a a a n a a a n i T n n n 11,),...,,(),...,,(,...,,212121⨯⨯（二）n 维向量的运算0),(......),(,0),(.4...),(.3),...,,(.2),...,,(.1),...,,(,),...,,(222212222122112122112121=⇔==+++=+++=====+++==+++=+==ααααααααααβαβααββαβααβαβαT n nT TT n n Tn T n n T n T n a a a a a a b a b a b a ka ka ka k b a b a b a b b b a a a 正交，，则若内积数乘加法如果二、线性组合与线性表出 1.线性组合若干个同维数的列向量(或同维数的行向量)所组成的集合叫做向量组称为组合系数的一个线性组合，其中称为向量组所构成的向量个常数及维向量个由s s s s s s k k k k k k k k k s n s ,...,,,...,,...,...,,,...,,212122112121ααααααααα+++ 2.线性表出的线性组合是线性表出，或说可由则称的线性组合能表示成向量维向量如αααβαααββααααααβ,...,,,...,,...,...,,2121221121s s s s k k k n =+++3.向量组等价，则称两个向量等价量组可以互相线性表出线性表出；如果两个向可由向量组线性表出，则称向量组量组的每个向量都可以由向如过向量组)2()1(,...,,)2(,...,,)1(2121t s βββααα等价、则线性表出，可由向量组如果向量组不一定等价秩，但秩相同的向量组等价的向量具有相同的相同向量组所含向量的个数两个等价的线性无关的无关组等价向量组的任意两个极大无关组等价任一向量组和它的极大样，线性相关也可以不一但向量个数可以不一样、对称性、及反身性，等价向量组具有传递性)2()1(),2()1()2()1(.6.5.4.3.21r r =三、向量组的线性相关与线性无关 （一）线性相关与线性无关的概念 1.线性相关线性相关则称此向量组使得的数，如存在一组不全为维向量对于s s s s s k k k k k k n ααααααααα,...,,0...,...,,0,...,,2122112121=+++2.线性无关线性无关称此向量组，，必有不全为或者说如存在一组数线性无关则称此向量组，必有，如果维向量对于s s s s s s s s s k k k k k k k k k k k k n ααααααααααααααα,...,,0...0,...,,,...,,,0...0...,...,,212211212121221121≠+++=====+++（二）线性相关与线性无关的充分必要条件 1.线性相关的充分必要条件位向量一定线性相关个维向量线性相关个个向量线性表出可由其他存在某向量的个数有非零解齐次方程组线性相关，向量组n n n n s s r x x x s i s s s s 10,...,,1)(),...,,(0...),...,,(,...,,2121212121+=⇔-⇔⇔=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⇔αααααααααααααπ2.线性无关的充分必要条件个向量线性表出都不能用其他存在某向量的个数只有零解齐次方程组线性无关，向量组1)(),...,,(0...),...,,(,...,,21212121-⇔=⇔=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⇔s s r x x x i s s s s αααααααααα3.几个重要结论组必然线性无关两两正交、非零的向量必然线性无关，，，延伸组线性无关，则它的任一若向量组必然线性无关个部分分组线性无关，则它的任一若向量组无关阶梯形向量组一定线性)4(...,...,,)3(,...,,,...,,)2()1(2211212121⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡s s s i i i s t βαβαβαααααααααα四、线性相关性与线性表出的关系ts t s s s t s s t s i i i s s s s s t ≤-线性无关，则线性表出，且可由向量组若向量组线性相关则线性表出，且可由向量组若向量组必然线性无关则它的任一个部分分组一线性表出，且表示法唯可由线性相关，则，线性无关，而向量组若向量组个向量线性表出可以用其余是线性相关，的充要条件向量组αααβββααααααβββαααααααααββαααααααααα,...,,,...,,,...,,)4(,...,,,,...,,,...,,)3(,...,,,...,,,...,,,...,,)2(1,...,,)1(2121212121212121212121φ五、向量组的秩与矩阵的秩（一）向量组的秩与矩阵的秩的概念 1.极大线性无关组是由原向量唯一确定的即个数都是关组中所含向量的个数个极大线性无关组是等价的，从而每的。
第1章行列式
a11 # # an1
a12 # # an 2
"
a1n # # ann
a11 # # an1
a12 " a1n # # b2 " # # an 2 " ann
a11 # # an1
a12 " a1n # # c2 " cn # # an 2 " ann
b1 + c1 b2 + c2 " bn + cn = b1 "
§2 排列
定义 2.1 由 1, 2,..., n 组成的一个有序数组称为一个 n 级排列(permutation). Example. 41253,12345, 65412, 22314 Remark. n 级排列共有 n ! 个. 定义 2.2 一个排列中如果一个大数排在一个小数前面， 则称这两个数构成一个逆序； 一 个排列中逆序的总数称为逆序数. 记排列 j1 j2 " jn 的逆序数为 τ ( j1 j2 " jn ) . 逆序数为奇 数的排列称为奇排列，为偶数的排列称为偶排列. 例 1 排列 43251 的逆序数 τ (43251) 例 2 计算 τ (123" n),τ (n(n − 1)" 21) Remark. 123" n 称为自然排列. 将某两个数码 j p , jq 的位置互换， 其余数码的位 定义 2.3 在一个 n 级排列 j1 j2 " jn 中， 置不变，则这样的一个变换称为对换(transposition). 定理 2.1 对换改变排列的奇偶性. 推论 2.1 在全部的 n ! 个 n 级排列中，奇偶排列各半. Problem. 考查三阶行列式的定义中关于排列的问题.
第一章 行列式
6
λ2 ⋰
λ1
n ( n −1)
= (−1) 2 λ1λ2 ⋯λn
λn
例 1.5 计算上三角行列式
a11 a12 ⋯ a1n
D=
a22 ⋯ a2n ⋱⋮
ann
解 由于当 i > j 时， aij = 0 ，故 D 中可能不为 0 的元素 aipi ，其下标应有
pi ≥ i ，即 p1 ≥ 1, p2 ≥ 2, ⋯, pn ≥ n 。
（1.7）式简记为 det(aij ) ，数 aij 称为行列式 det(aij ) 的元素。 例 1.4 计算行列式
1 2 D= 3 4 解 这是一个四阶行列式，按定义 1.5 展开得
∑ D = (−1)τ a a 1p1 2 p2 a a 3 p3 4 p4
在展开式中应该有 4!= 24 ，注意到，当 p1 ≠ 4 时 a1p1 = 0 ，从而这一项就等
1
类似地，（1.2）式的分子也可写成二阶行列式
b1a22
− a12b2
=
b1 b2
a12 a22
， a11b2
− b1a21
=
a11 a21
b1 b2
那么（1.2）式可写成
b1 a12
a11 b1
x1 =
b2 a11
a22 a12
， x2
=
a12 a11
b2 a12
a21 a22
a21 a22
二、三阶行列式的定义
如果比 pi 大的且排在 pi 前面的元素有τ i 个，就是说 pi 这个元素的逆序数是τ i ，
3
全体元素的逆序数的总数
就是这个排列的逆序数。
n
∑ τ = τ1 + τ 2 + ⋯ + τ n = τ i
第一章 行列式
.
例 11.已知四阶行列式 D 中第三列的元素依次为 −1, 2, 0,1 ，第四列的余子式依次为 5, a, −7, 4 。求 a
3
第2讲
行列式的计算
（最基本方法）
基本方法：① 运用行列式性质化为上、下三角形或副对角形行列式 ② 按某行或某列展开，寻求递推式 ③ 数学归纳法
−1 1 1 1 1 −1 1 1 = 例 3.求行列式 D4 = 1 1 −1 1 1 1 1 −1
。
6.三参数对角行列式。D n
a b 0 " 0 0 c a b " 0 0 n +1 0 c a " 0 0 x n +1 − x2 。 = = 1 " " " " " " x1 − x2 0 0 0 " a b 0 0 0 " c a
第一章
第1讲
1．逆序数的定义
行列式
行列式的定义和性质
由 n 个自然数 1,2,", n 组成的一个无重复数字的有序数组 i1i2 "in 称为一个 n 级排列。n 级排列共有 n! 个。 在排列 i1 " is " it " in 中，若 is > it ，则称 is 和 it 之间产生一个逆序。对这个排列中的任何两个数都加以考 虑，所有逆序的总数叫做这个排列的逆序数。 逆序数的计算方法：每个数前面比它大的数的个数的总和就是一个排列的逆序数。 i1i2 "in 的逆序数记 为 τ (i1i2 "in ) 。例如 4231 的逆序数为 5.
例 9. 设 A = (α1 , α 2 , α 3 ) ， B = (α1 + α 2 , 2α 2 + α 3 , α 3 + α1 ) ， | A |= 2, 则 | B |=
线性代数第一章行列式
04
式可以表示为三个向量的向量积的 二倍，即 |a b c| = 2abc。
向量积的符号由行列式的值决定，当行列式 值为正时，向量积为正；当行列式值为负时， 向量积为负。
行列式可以用来判断平行四边形的 形状，当行列式值为正时，平行四 边形为锐角；当行列式值为负时， 平行四边形为钝角。
行列式与平行四边形面积的关系
行列式可以表示平行四边形的面积，即 |a b| = ab/2。
当行列式值为正时，平行四边形的面积为正； 当行列式值为负时，平行四边形的面积为负。
行列式可以用来判断平行四边形的方向，当行 列式值为正时，平行四边形为顺时针方向；当 行列式值为负时，平行四边形为逆时针方向。
行列式与空间向量的关系
01
02
03
行列式可以表示空间向量的模长，即 |a b c| = abc。
当行列式值为正时，空间向量的模长 为正；当行列式值为负时，空间向量 的模长为负。
行列式可以用来判断空间向量的方向 ，当行列式值为正时，空间向量为右 手系；当行列式值为负时，空间向量 为左手系。
05
行列式的应用实例
在线性方程组中的应用
定义
代数余子式是去掉一个元素所在的行和列后，剩 下的元素构成的二阶行列式。
性质
代数余子式与去掉的元素所在的行和列的符号有 关。
计算方法
可以通过二阶行列式的计算法则来计算代数余子 式。
行列式的展开定理
01
定理内容
一个n阶行列式等于它的任一行 （或列）的所有元素与其对应的 代数余子式的乘积之和。
02
03
定性。
求解线性方程组
03
在求解线性方程组时，可以利用展开定理计算系数矩阵的行列
式值，从而判断方程组是否有解。
线性代数第一章课件
（五）性质5：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.
(以数 k 乘第 j 列加到第 i 列上,记作：ci kc j 以数 k 乘第
j 行加到第 i 行上,记作： ri krj )
a11 a21 an1
a1i a2i ani
a11
aij
的第一个下标ｉ称为行标，表明该元
素位于第ｉ行，第二个下标ｊ称为列标,表明 该元素位于第ｊ列,位于第i行第j列的元素称
为行列式的 i, j 元
。
把
a11 到 a22 的实联线称为主对角
到
线， a12
a21
的虚联线称为副对
角线 。
3、二元线性方程组的解
a11 x1 a12 x2 b1 的解为 a21 x1 a22 x2 b2
第一章 行列式 § 1-1 n阶行列式的定义
一、二阶与三阶行列式 ㈠ 二阶行列式与二元线性方程组 1、二阶行列式计算式：
D
a11
a12
a21 a22
a11a22 a12 a21
2、相关名称 a11 a12 在二阶行列式 中，把数 a21 a22
aij i 1.2; j 1.2 称为行列式的元素,元素
注意不要与绝对值记号相混淆。
a a
2、n阶行列式展开式的特点 （1）行列式由n!项求和而成 （2）每项是取自不同行、不同列的n个 元素乘积，每项各元素行标按自然顺序 排列后就是行列式的一般形式，
1
j1 j2
jn
a1 j1 a2 j2
anjn
（3）若行列式每项各元素的行标按自然 数的顺序排列,列标构成n级排列 j1 j2 jn j1 j2 jn 则该项的符号为 1
第一章行列式
第1章 行 列 式本章要点◆ 行列式的概念与性质 ◆ 行列式的计算本章难点◆ 高阶行列式的计算 ◆ 克拉默法则的运用行列式是研究线性代数的一个重要工具。
本章主要介绍行列式的概念、性质及其计算，同时给出求解线性方程组的克拉默法则。
1.1 行 列 式对于二元线性方程组11112212112222①②a x a x b a x a x b +=⎫⎬+=⎭(1.1) (其中ij a (i =1，2；j =1，2)为已知量，i b (i =1，2)为常数)，可以利用加减消元法求得方程组(1.1)的解。
当112212210a a a a -≠时，有122122111221221112121211221221b a a b x a a a a a b b a x a a a a -⎫=⎪-⎪⎬-⎪=⎪-⎭(1.2)现在来分析一下这两个结果的分子与分母，分母11221221a a a a -正好是原方程组中两未知量的系数的乘积之差，即①式中第一个未知量的系数与②式中第二个未知量的系数之积减去①式中第二个未知量的系数与②式中第一个未知量的系数之积。
写成数表的形式，即为11122122a a a a由此，引入行列式的概念。
线性代数1.1.1 二阶、三阶行列式定义1.1 符号11122122a a a a 称为二阶行列式，它代表11221221a a a a -这个算式，即11122122a a a a ＝11221221a a a a - 它是由两行两列的22个元素组成，其中ij a (i =1，2；j =1，2)称为这个行列式的元素，i 代表a ij 所在的行数，称为行标；j 代表a ij 所在的列数，称为列标。
如12a 表示这一元素处在第2行第1列的位置。
由二阶行列式的定义，可以将(1.2)式中12,x x 的分子分别写成112222b a b a ＝122122b a a b - 111212a b a b ＝112121a b b a -类似地，也可以得到三阶行列式的概念。
第一章 行列式
第一章 行列式本章主要内容是行列式的定义、性质及其计算方法.此外还介绍了用行列式解线性方程组的克莱姆法则.§1. 全排列的逆序数本节考虑由1,2,3,…, n 这n 个数排成的不重复数字的全排列，不同的全排列共有n ！个.以后对这种全排列简称排列.例如，由1,2,3这三个数有以下3！=6个排列：123, 132, 213, 231, 312, 321定义 设1p 2p …n p 是1,2,…, n 的一个排列，考察其中任意两个数，如果大的数排在小的数之前，就说有一个逆序.所有逆序的总数称为排列1p 2p …n p 的逆序数，记作τ(1p 2p …n p ）.逆序数为奇数的排列称为奇排列，逆序数为偶数的排列称为偶排列. 例1. 计算由1,2,3排成的六个排列的逆序数 [解] 排列123没有逆序，逆序数τ(123)=0. 排列132中，仅有3在2之前一个逆序，τ(132)=1. 排列213中，仅有2在1之前一个逆序，τ(213)=1. 排列231中，2在1之前，3在1前，τ(231)=1+1=2. 排列312中，3在1,2之前，τ(312)=2.排列321中，3在2,1之前，又2在1前，τ(321)=2+1=3. 其中132，213，321为奇排列，123，231，312为偶排列. 例2. 求τ(42315)及τ(54321).[解] τ(42315)=3+1+1=5，τ(54321)=4+3+2+1=10. 性质1. 交换排列中的两个数，排列的奇偶性改变. [证] 先讨论交换相邻两数的情形.设排列为 1p ……S p a b 1+S p …m p （1）交换a 与b ，得排列1p ……S p b a 1+S p …m p（2） 任意一个i p 与a 或b 的大小关系在（1）与（2）两个排列中是一样的.所以当a >b 时，排列（2）的逆序数比排列（1）的逆序数减少1，当a <b 时，排列（2）的逆序数比排列（1）的逆序数增加1.因此，当（1）为奇排列时，（2）为偶排列；当（1）为偶排列时，（2）为奇排列.即排列（1）与（2）有不同的奇偶性.再讨论交换不相邻两个数的情形.设排列为1p ……S p a 1c …k c b 1+S p …m p （3）交换a 与b ，得排列1p ……S p b 1c …k c a 1+S p …m p （4）我们也可以对排列（3）中的a 依次与1c ，…，k c 进行k 次相邻的交换，得到排列 1p ……S p 1c …k c a b 1+S p …m p再对这个排列中的b 依次与a ，k c ,…，1c 进行k +1次相邻的交换，就得到排列（4）.因此，经过2k +1（奇数）次相邻的交换可以由（3）得到（4）.由前面已证明的结论可知，进行奇数次相邻的交换，排列的奇偶性要改变，所以排列（3）与排列（4）有不同的奇偶性. （证毕）性质2 由1,2,…,n （n >1）所作的n ！个排列中，奇排列与偶排列各占一半. [证] 设奇排列有s 个，偶排列有t 个.对每一个奇排列都交换1与2，就得到s 个不同的偶排列.因此，s ≤t .同理可证t ≤s ，故s =t .（证毕）§2. 行列式的定义将2n 个数ij a （i ,j =1,2,…,n ）排成n 个横行及n 个竖列的方形表格，两边再用竖线围起, 就得到n 阶行列式的记号：nnn n nn a a a a a a a a a ............ (21)2222111211其中每个数ij a 称为行列式的元素，它有两个下标，第一个下标表示该元素所在的行数，第二个下标表示所在的列数，ij a 就是i 行j 列的元素.行列式的行数是从上到下依次为第一行，第二行，…，第n 行.列数是从左到右依次为第一列，第二列，…，第n 列.行列式有两条对角线，由左上到右下那条对角钱称为主对角线，在主对角线上的元素为11a ,22a ,…，nn a .由右上到左下的对角线有时称为副对角线.n 阶行列式是由代数和组成的一个数，其定义如下.定义n 阶行列式为nnn n nna a a a a a a a a ............ (21)2222111211=21212121)1(p p P P P ）P P （P a a nn ∑⋯⋯-τ…n np a其中τ(21p p …n p )是列标排列21p p …n p 的逆序数，∑nP P P 21表示对所有n ！个排列求和.上述定义说明n 阶行列式是含有n ！项的代数和，其中每一项是不同行不同列的n 个元素的乘积，当把这n 个元素按行标从小到大的顺序排列时，其列标排列21p p …n p 的逆序数τ(21p p …n p )若为偶数，这项冠以“+”号，若为奇数，这项冠以“－”号.根据行列式的定义，一二三阶行列式可以计算如下： 一阶行列式：11a =110)1(a -=11a 二阶行列式：22211211a a a a =22110)1(a a -+21121)1(a a -=2211a a －2112a a三阶行列式：333231232221131211a a a a a a a a a =3322110)1(a a a -+3123122)1(a a a -+3221132)1(a a a -+3122133)1(a a a -=332211a a a +312312a a a +322113a a a －312213a a a －332112a a a －322311a a a 如果在三阶行列式中，将冠以“+”号的项的三个数用实线加以连接，将冠以“－”号的项的三个数用虚线加以连接，就可以得到如下图形：利用这个图形，很容易写出三阶行列式的六项代数和.例1. 计算以下两个行列式：（1）1D =4321 （2）2D =432501123--[解] （1）1D =3241⨯-⨯=64-=2-（2）2D =)3(1)1(252403-⨯⨯-+⨯⨯+⨯⨯412)3(5320)1(⨯⨯--⨯⨯-⨯⨯--=84503200-+-++=60四阶行列式有4！=24项，要写出并计算这24个乘积的代数和是很麻烦的.对于三阶以上的高阶行列式，一般要利用下节要介绍的行列式的性质进行计算.不过，像下面例2的几个特殊的高阶行列式，却可以用定义直接得到它的值.+3321121)1(a a a -+3223111)1(a a a -例2. 利用行列式的定义计算下列的行列式1D =nn n n a a a a a a21222111000 2D =nn nn a a a a a a 000222112113D =nna a a000002211 4D =nnnn n n n n a a a a a a 112121000--[解] 行列式1D 在主对角线之上的元素全为0，这种行列式称为下三角行列式.根据定义，行列式是由不同行不同列元素的乘积的代数和，因为含0元素的项必为0，只要考察不含0元素的项.设这种项为：n n np p p ）P P （P a a a 212121)1(τ-因为1D 的第一行除了11a 之外为0，所以必有11p a =11a ，1D 的第二行除了21a ,22a 之外都为0，但21a 与11a 位于同一列，与11a 不同列的只有22a ，所以22p a =22a ，依次类推，可知1D 中不含0元素的项只有如下一项：nn n ）a a a 221112()1(⋅⋅⋅-τ=nn a a a 2211因此，1D =nn a a a 22112D 的主对角线之下的元素都是0，这种行列式称为上三角行列式.依次讨论第n 行，第1-n 行，…，第1行，可知2D 中不含0元素的项与1D 相同，所以2D =nn a a a 2211上三角与下三角行列式统称为三角行列式.行列式3D 中除对角线上的元素之外，其它元素都是0，这种行列式称为对角行列式，它是三角行列式的特例，因此3D =nn a a a 2211以上说明三角行列式及对角行列式的值都等于主对角线上元素的乘积.4D 在副对角线上方的元素为0，它不是三角行列式.类似于前面的讨论可知4D 中不含0元素的项只有121121121()1(n n n n ）n n a a a a ---- τ，因为)121( -n n τ=12)1(+++- n =)1(21-n n ，所以 4D =1211212)1()1(n n n n n n a a a a ----即4D 等于副对角线上元素的乘积再乘以2)1()1(--n n .例3. 设)(x f =)()()()()()()()()(212222111211x a x a x a x a x a x a x a x a x a nn n n n n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯，其中各元素)(x a ij 都是可导函数.试证)(x f '=)()()()()()()()()(212222111211x a x a x a x a x a x a x a x a x a nn n n n n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯'''+)()()()()()()()()(212222111211x a x a x a x a x a x a x a x a x a nn n n n n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯'''+…+)()()()()()()()()(212222111211x a x a x a x a x a x a x a x a x a nn n nn n '''⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（即对行列式求导，等于对各行求一次导的n 个行列式的和） [证] 根据行列式定义，有)(x f '='⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∑⋯n n n P P nP P P P P P x a x a x a 12121)()()()1(21)( τ=[]∑⋯'-nn n P P nP P P P P x a x a x a1211)()()()1(21)( τ=∑⋯'-nn n P P nP P P P P x a x a x a 1211)()()()1(21)( τ+ +'-∑⋯nn n P P nP P P P P x a x a x a 1211)()()()1(21)(τ +∑⋯'-nn n P P nPP P P P x a x a x a 1211)()()()1(21)( τ=)()()()()()()()()(212222111211x a x a x a x a x a x a x a x a x a nn n n n n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯'''+)()()()()()()()()(212222111211x a x a x a x a x a x a x a x a x a nn n n n n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯'''+…+)()()()()()()()()(212222111211x a x a x a x a x a x a x a x a x a nn n nn n '''⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ （证毕）下面的定理是对行列式定义的另一种说法. 定理. 对于上述行列式定义中的任意一项n n nP P P ）P P P a a a 212121()1(τ-若对乘积21P a 22P a …n nP a 的因子顺序进行若干次交换，变为乘积11j i a 22j i a …n n j i a ，则有n n nP P P ）P P P a a a 212121()1(τ-=n n n n j i j i j i j j j ）i i i a a a 22112121)(()1(ττ+-换句话说，如果行列式各项的乘积21P a 22P a …n nP a 的因子不是按行标从小到大的自然顺序排列，而是任意排列成11j i a 22j i a …n n j i a ，则这项应冠以符号)((2121)1(n n j j j ）i i i ⋯+⋯-ττ[证] 因为21P a 22P a …n nP a =11j i a 22j i a …n n j i a ，所以只要证明）P P P n 21()1(τ-= )((2121)1(n n j j j ）i i i ττ+⋯-设21P a 22P a …n nP a 的因子经过k 次交换，成为11j i a 22j i a …n n j i a ，则行标排列1 2…n 经过k 次交换，成为排列n i i i 21.列标排列n p p p 21经过k 次交换，成为排列n j j j ⋯21，根据§1性质1，若k 为奇数，则行标排列与列标排列都同时改变奇偶性，因而)12()1(n τ-=)()(2121)1()1(n n P P P i i i ， ττ---=)(21)1(n j j j τ--若k 为偶数，则行标排列与列标排列的奇偶性都不变，因而有)12()1(n τ-=)()(2121)1()1(n n P P P i i i ， ττ--=)(21)1(n j j j τ-不论k 是哪一种情况，都有)()12(21)1(n p p p n ττ+-=)()(2121)1(n n j j j i i i ττ+-因为0)12(=n τ，所以要证的等式成立.（证毕）§3. 行列式的性质设n 阶行列式D =nn n n nn a a a a a a a a a ............ (212222111211)将行列式D 的第一行，第二行，…，第n 行，依次改写成第一列，第二列，…，第n 列，得到行列式 TD =nnn nn n a a a a a a a a a ............ (212)221212111T D 称为D 的转置行列式.D 中i 行j 列的元素ij a ，在T D 中位于j 行i 列的位置上.性质1. 行列式与其转置行列式相等. [证] D 中任意一项为n n nP P P ）P P P a a a 212121()1(⋯-τ其中21P a 22P a …n nP a 也是T D 中不同行不同列元素的乘积，但在TD 中，其行标排列为n p p p ⋯21，列标排列则为12…n ，根据上节定理，在T D 中，这个乘积应冠以符号)()12((2121)1()1(n n P P P n ）P P P τττ-=-⋯+这就证明了D 中每一项也是TD 中的一项，D 中不同的项在TD 中也是不同的，并且D 与TD 的项数一样，都是n ！，因此有D=TD .（证毕）由性质1可知，行列式中的行与列具有同等地位，行列式的性质凡是对行成立的，对列也必定成立，反之也一样.因此，以下的行列式性质，我们只对行的情形加以证明，将行列式转置就可得到列的相应性质，以后不再说明.性质2. 交换行列式的两行（列），行列式变号. [证] 设D =⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯jn j j in i i a a a a a a 2121行第行第j i ←← 交换第i 行与第j 行，得1D =⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯in i i jn j j a a a a a a 2121行第行第j i ←← 其中D 与D 1中未写出的行的元素都对应相同. 根据行列式定义，D 中任一项为n j i n j i nP jP iP P P P P P a a a a 111)()1(τ-其中n j i nP jP iP P a a a a 11也是D 1中不同行不同列元素的乘积，其列标排列没有变化，但行标排列为n i j 1它是由自然顺序n j i 1交换i ,j 得到的，由§1性质1，有)1()1(n i j τ-= )1()1(n j i τ--=0)1(--=1-.根据上节定理，乘积n j i nP jP iP P a a a a 11在D 1中应冠以符号)()1(1)1(n j i P P P P n i j ττ+-=)(1)1(n j i P P P P τ--与在D 中的符号相反，这说明将D 中每一项变号，就得到D 1的所有项，故有D=－D 1.（证毕）推论 若行列式有两行（列）相同，则此行列式等于零.[证] 将这两行交换，行列式未改变，由性质2得到D=－D ，所以D=0.性质3. 行列式某一行（列）中所有元素都乘以同一个数k ，等于用数k 乘此行列式，即有 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯in i i ka ka ka 21=k ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯in i i a a a 21 两个行列式中除第i 行之外，未写出的元素都对应相同.（这性质也可以叙述成行列式某行（列）的公因子可以提到行列式外面相乘）[证] 根据行列式定义，有 等式左边=npn ip P P P P P P a ka a i n i n)()1(1111)(τ∑⋯-=npn ip P P P P P P a a a ki n i n1111)()1(τ∑-=等式右边. （证毕）性质4. 行列式中如有两行（列）成比例，则此行列式等于零.即D =⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯jn j j in i i a a a ka ka ka 2121=0[证] 根据性质3，将D 的第i 行提出公因子k 以后，行列式的第i 行与第j 行相等，由性质2的推论得D=0. （证毕）性质5. 若行列式的某行（列）的元素都是两数之和，例如第i 行的元素都是两数之和：D =nn n n in in i i i i na a ab a b a b a a a a21221111211)()()(⋯⋯⋯⋯+++⋯⋯⋯⋯则D 等于下列两个行列式之和：D =nn n n in i i na a a a a a a a a 212111211⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯+nnn n in i i n a a a b b b a a a 212111211⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ [证] 记等式右边两个行列式为D 1，D 2，则根据行列式的定义，有D=n i i n nnp ip ip P P P P P a b a a )()1(1111)(+-⋯∑τ=n i n nnp ip P P P P P a a a 1111)()1(τ∑⋯-+n i n nnp ip P P P P P a b a 1111)()1(τ∑-=D 1+D 2 （证毕）性质6. 将行列式的某行（列）乘以数k ，再加到另一行（列）上，行列式的值不变，即D =⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯jn j j in i i a a a a a a 2121=⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯+++⋯⋯⋯⋯jn j j jnin j i j i a a a ka a ka a ka a 212211=1D D 与D 1中未写出的元素对应相同.[证] 由性质5及性质4，有1D =⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯jn j j in i i a a a a a a 2121+⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯jn j j jnj i a a a ka ka ka 2121=D+0=D 在举例之前，先引进行列式运算的几个记号： （1）“交换i ,j 两行（列）”记作j i r r ↔)(j i c c ↔. （2）“0≠k 乘i 行（列）”记作i kr )(i kc（3）“k 乘j 行（列）加到i 行（列）上”记作j i kr r +)(j i kc c +要注意：行列式经运算j i kr r +后，第i 行改变，但第j 行不变.同样，运算j i kc c +使行列式的第i 列改变，但第j 列不变.例1. 计算四阶行列式 D=123412121124021231-----[解] 计算数字的高阶行列式，有一种方法是利用行列式性质，尤其是用行列式的性质6，将行列式化为上三角行列式，于是上三角行列式主对角线上元素的乘积就是行列式的值.本题先以2乘第1行，再以2除行列式，使行列式的元素都为整数，方便计算.再用行列式性质（主要是性质6），将其化为上三角行列式.整个计算过程如下：1490134013800132211234121211240132212141312221--------++-r r r r rr r D15001100011001322194149013400110013221242342----+r r r r r r 400110011013--=)4()1(1221-⨯-⨯⨯⨯=4例2．计算行列式D =2222222222222222)3()2()1()3()2()1()3()2()1()3()2()1(++++++++++++d d d d c c c c b b b b a a a a[解] 这是文字元素的行列式，计算这种行列式，要先分析行列式的特点，采用适当的行列式性质进行化简计算.本行列式的特点是各行的构造相类似，对列作变换可达到化简的目的.具体运算如下.341223c c c c c c D ---2212221222122212523212523212523212523212222223342222++++-++++++++++++d d c c b b a a c c d d d d c c c c b b b b a a a a =0注意：在对行列式连续做两次以上的运算时，第一次运算以后，行列式已变化，第二次再作运算时，是对变化后的行列式作运算，而不是对原来行列式作运算.例如连续作两次运算12c c -,23c c -，当作了运算12c c -后，行列式的第2列已变化，再作23c c -时，应是第三列减去变化后的行列式的第二列，如果还是减去原行列式的第二列，就会产生错误.避免错误的方法之一,就是做了一次运算就将行列式写出来，再做第二次运算.但这样做又太麻烦了.要不麻烦，就像我们在本题中所做的那样，连续对行列式作运算34c c -,23c c -，在作运算34c c -时，第二三列并未改变，因此再做23c c -的运算时，对原行列式作23c c -，与对变化后的行列式作23c c -是一样的结果.例3． 计算n 阶行列式D =ab b b a b b b a ⋯⋯⋯⋯ （主对角线元素都为a ，其它元素都为b ）.[解] 本行列式的特点是各行元素之和相等，若将第2列之后各列都加到第1列，将公因子提出，再对行作运算，就可化为上三角行列式了.具体运算过程如下.D a b b n a b a b n a b b b n a cc c n )1()1()1(21-+⋯⋯⋯⋯-+-++++=])1([b n a -+ab b a b b 111⋯⋯⋯⋯ 11213r r r r r r n --- ])1([b n a -+ba b a b a b b b -⋯⋯⋯⋯⋯-- 0000001=1)]()1([---+n b a b n a例4. 计算行列式D =111222+++z yzxzyz y xyxz xy x [解] 第一二三行依次提公因子x ,y ,z ，得D =zz y xz yy x z y xx xyz111+++再对第一二三列依次乘x ,y ,z ，得D =111222222222+++z y x z y x z y x行列式各行之和相等，可按例3的方法计算，得D11111222222222222222+++++++++++z y z y z y z y z y z y =)1(222+++z y x 11111222222++z y z y z y10101)1(222221312z y z y x r r r r +++--=1222+++z y x§4. 行列式按行（列）展开定义. 在n 阶行列式中，划去元素ij a 所在的第i 行和第j 列剩下的1-n 阶行列式记作ij M ，称为元素ij a 的余子式，而ij A =ij j i M +-)1(称为元素ij a 的代数余子式.例如三阶行列式D =321321321c c c b b b a a a则1行1列元素1a 的余子式11M 及代数余子式11A 为11M =3232c c b b ，11A =1111)1(M +-=11M =3232c c b b 2行3列元素3b 的余子式23M 及代数余子式23A 为23M =2121c c a a ，23A =2332)1(M +-=23M -=2121c c a a -由定义可知，当元素所在的（行数+列数）为偶数时，代数余子式和余子式相等，为奇数时，代数余子式和余子式相差一个符号.引理. 在n 阶行列式D 的第i 行所有元素中，除元素ij a 外，其余元素都为零，则D=ij a ij A .[证] 先证i =j =1的情形.设D =nnn n na a a a a a a 21222211100⋯⋯⋯⋯根据行列式定义，有 D=n n nnp p P P P P P P P a a a 21212121)()1(τ∑- (11>P 时，11P a =0) =n n nnp p P P P P a a a 222211)1(1)1(τ∑- (1,2≠n ，P P ) =n n nnp P P P P P a a a 2222)(11)1( τ∑-=1111M a =1111A a再证一般情形.设D =nnnj njnj n ij n j j j a a a a a a a a a a a111111111110000+-+-⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯将D 中第i 行依次与第1-i 行，2-i 行，…，1行相交换，再将得到的行列式的第j 列依次与第1-j 列，2-j 列，…，1列相交换，设得到的行列式为D 1.则D 1中1行1列的元素为ij a ，D 1中1行1列元素的余子式11M '=D 中i 行j 列的余子式ij M .由前面证过的结论，有 1D =ij a 11M '=ij a ij M 因为D 1是由D 经过)1()1(-+-j i 次行、列的交换得到的，所以有D =ij ij ij j i ij ij ij j i j i A a M a M a D =-=-=-++-+-)1()1()1(1)1()1(. （证毕）定理. 设n 阶行列式D =nnn n n n a a a a a a a a a 212222111211⋯⋯⋯⋯则有按第 i 行展开式：D =in in i i i i A a A a A a +++ 2211.(i =1,2,…,n ) 按第j 列展开式：D =nj nj j j j j A a A a A a +++ 2211.(j =1,2,…,n ) [证]D =nnn n in i i na a a a a a a a a212111211000000+⋯+++⋯+++⋯++根据§3行列式性质5，D 等于n 个行列式之和，即D =nn n n i n a a a a a a a2111121100+nn n n i n a a a a a a a2121121100+…+nnn n in n a a a a a a a211121100 根据引理，就得到按第i 行的展开式D =in in i i i i A a A a A a +++ 2211按列的展开式同理可证.（证毕）推论 行列式某一行（列）的元素与另一行（列）对应元素的代数余子式乘积之和等于零.即jn in j i j i A a A a A a +++ 2211=0，)(j i ≠，和 nj ni j i j i A a A a A a +++ 2211=0，)(j i ≠[证] 根据定理，将D 按j 行展开，有jn jn j j j j A a A a A a +⋯++2211=nnn jn j in i n a a a a a a a a111111行第行第j i ←← 在等式两边，将1j a ,2j a ,…, jn a 依次换作1i a ,2i a ,…in a ，（jnj j ，A A A ,,21不含第j 行元素）得jn in j i j i A a A a A a +⋯++2211=nnn in i in i n a a a a a a a a111111行第行第j i ←← 右边行列式有两行相同,等于零.故得jn in j i j i A a A a A a +++ 2211=0 (j i ≠)同理可证列的情况. （证毕）利用行列式的展开式，可以将计算n 阶行列式化为计算n －1阶行列式.对于数字元素的行列式，经常将某行（列）的元素除一个元素外都化为零，再按该行（列）展开，达到降阶的目的.例1 计算行列式D=1234121211240132-----[解] 第4列比较简单，并且还有一个0，所以我们对行作运算，使第4列除一个元素外，其余元素都是0，具体计算如下.022121201120132-按第4列展开02211213243)1(1--+-⨯2204013212----r r 按第3列展开224031)1(--+--=)]2)(4(20[---⨯-=8 例2 设D =2235007022220403-- 求（1）D 中第三行各元素的代数余子式之和34333231A A A A +++ （2）D 中第四行各元素余子式之和44434241M M M M +++[解]（1）将34333231A A A A +++看作D 中第3行元素改为1,1,1,1后，再按第3行展开的展开式，故有34333231A A A A +++=2235111122220403-=0 （2）44434241M M M M +++=44434241A A A A +-+-=1111007022220403---按第3行展开1112224323)1(7--+-∙- =28)4(7-=-⨯例3 证明n 阶)1(>n 范德蒙（Vandermonde ）行列式n V =112112222121111---⋯⋯⋯⋯n nn n n n x x x x x x x x x =∏≥>≥-1)(j i n j i x x=⋅----)())()((1141312x x x x x x x x n )()())((122423-----⋅n n n x x x x x x x x（其中记号∏表示同类因子的连乘积.）[证] 对阶数n 用数学归纳法.2=n 时，有2V =2111x x =12x x -=∏≥>≥-12)(j i jix x ，结论成立.设结论对1-n 阶范德蒙行列式成立，即设223222232232111---⋯⋯⋯⋯n nn n n n x x x x x x x x x =∏≥>≥-2)(j i n j i x x 下面要证明对n 阶范德蒙行列式，结论也成立.对n V ，从第n 行开始，直到第2行，将后行减去前行的1x 倍，即对n V 依次作运算11--n n r x r ，211---n n r x r ，…，112r x r -，得n V =)()()(0)()()(011111213231222113312211312x n x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x n n n n n n n n ------------按第1列展开后，再提出各列的公因子，就得n V =)())((11312x x x x x x n -⋯--2232232111---⋯⋯⋯⋯n nn n nx x x x x x 右端的行列式是1-n 阶的范德蒙行列式，由上面的归纳假设得n V =)())((11312x x x x x x n --- ∏≥>≥-2)(j i n jix x =∏≥>≥-1)(j i n jix x即结论对n 阶范德蒙行列式也成立.由归纳法，该等式对一切2≥n 的自然数都成立.（证毕）n 阶范德蒙行列式等于2nC =2)1(-n n 个形如j i x x -的因子的乘积，例如4V 是24C =6个形如j i x x -的因子的乘积，即4V =343332312423222143211111x x x x x x x x x x x x =∏≥>≥-24)(j i j i x x =))()()()()((342423141312x x x x x x x x x x x x ------当n x x x ,,21 中有两个数相等时，就有n V =0，只有这n 个数都互不相等时，才有n V ≠0.例4 计算n 阶行列式D=na bbbb b a b bb b a ⋯⋯⋯⋯⋯21，),,2,1,(n i a b i =≠[解] 利用加边法计算.即添加一行一列，将D 表示成n +1阶行列式，再利用行列式性质进行运算得出结果.具体作法如下.将下面右边n +1阶行列式按第1列展开，可知下面的等式成立D=n a bb b b b a b bb b a bb b b00121，(右边为n +1阶)以1-乘第1行加到其它各行，得D=ba b a b a b b bbn --⋯⋯⋯⋯⋯⋯----100010001121因为0≠-b a i ),,2,1(n i ⋯=，依次以b a -11，b a -21，…，ba n -1乘第2,3,…,n +1列再加到第1列，得到D=ba b a b a b b b b b a bn ni i ----+∑= 000000000001211这是上三角行列式，故得D=)())()(1(211b a b a b a ba bn ni i ----+∑=§5. 解线性方程组的克莱姆（Cramer ）法则本章最后，介绍用行列式解线方程组的克莱姆法则，即下面的定理. 定理（克莱姆法则）设有n 个方程n 个未知量的线性方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯=+++=+++nn nn n n n n n n b x a x a x a b x a x a x a b x a x a x a 22112222212********* （1） 若系数行列式D=nnn n n n a a a a a a a a a 212222111211⋯⋯⋯⋯≠0则线性方程组（1）有唯一解D D x 11=，D D x 22=，…，DDx n n = 其中),,2,1(n j D j ⋯=是用常数项n b b b ,,,21⋯替换D 中第j 列所得的行列式，即j D =nnj n n j n n nj j n j j a a b a a a a b a a a a b a a .......................................1,1,121,221,22111,111,111+-+-+-[证] 这里只对2=n 的情形证明，一般情况的证明留到第二章给出.设方程组为⎩⎨⎧=+=+22221211212111b x a x a b x a x a 系数行列式D =22211211a a a a =012212211≠-a a a a以22a 乘第1方程，12a 乘第2方程，再相减得121122211)(x a a a a -=122221a b a b -以21a 乘第1方程，11a 乘第2方程，再将第2方程减第1方程得221122211)(x a a a a -=211112a b a b -因11a 0211222≠-a a a ，故得1x =12212211122221a a a a a b a b --=22211211222121a a a a a b a b =DD 1, 2x =12212211211112a a a a a b a b --=22211211221111a a a a b a b a =D D 2. 以上证明了如果方程组有解，则它的解只能是 1x =D D 1，2x =D D2 （＊） 其中D=22211211a a a a ，D 1=222121a b a b ，D 2=221111b a b a若将得到的1x ,2x 的表达式（＊）代入方程组中，容易验证（＊）式确是方程组的解.（证毕）例 解线性方程组 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+-+-=+-=--=+-+067452296385243214324214321x x x x x x x x x x x x x x[解] 系数行列式为D=674121200311512-----674121201277011970------按1列展开21212771197------21c c +21112701192----21112715110231-----r r 列展开按1127152---＝1271511=0271051321571211≠=-=⨯-⨯方程组有唯一解.再计算出1D =816740212560391518=------，2D =1086701215060911582-=-----3D =276041252069311812-=---，4D =270741512090318512=-----根据克莱姆法则得3278111===D D x ，42710822-=-==D D x 1272733-=-==D D x ，1272744===D D x方程组的唯一解为1x =3，2x =－4，3x =-1，4x =1.。
第一章(第一节) 行列式
对分子的观察结果与对分母的观察结果一样。 为了更加方便写出三元线性方程组的解，更好 记忆解的解构，就提出了三阶行列式的定义。 三阶行列式的定义 给出32=9个数，排成三行三列的数表
a11 a21 a31
a12 a22 a32
a13 a23 a33
[6]
a11 a12
a13
D a21 a22 a23 a31 a32 a33
（1）每项都是三个元素的乘积，且三个元素来 自不同行、不同列，且每行一个元素，每列也是 一个元素，共3！=6项； （2）6项中三项为正，与主对角线平行的方向 的三个元素的乘积为正，与副对角线平行的方 向的三个元素的乘积为负。
b1 b2 b3
a12 a22 a32
a13 a23 a33
b1a22 a33 a12 a23b3 a13b2a32 a13a22b3 b1a23a32 a12b2a32
D
a11
a12
a21 a22
, D1
b1 b2
a12 a22
, D2
a11
b1
a21 b2
当D≠0时，有
b1 b2 D1 x1 a11 D a21 a12 a11 a22 a21 D2 , x2 a12 a11 D a22 a21 b1 b2 a12 a22
可以看出，求x1的解时，x1所在系数列被右端 常系数列替换，其余不变，求x2时，x2所在系 数列被右端常系数列替换，其余不变。这样更 加方便写出二元线性方程组的解，更好记忆。
首先定义：a11,a22,a33三个元素的连线称为主对 角线，用实线表示，a13,a22,a31三个元素的连线 称为副对角线，用虚线表示。
对分母的观察结果：
第一章行列式
课 题第一章行列式 §1.1二阶与三阶行列式-§1.3 n 阶行列式的定义教学内容二阶与三阶行列式，全排列与逆序数，n 阶行列式的定义教学目标 理解n 阶行列式的定义；掌握几个特殊行列式的求法。
教学重点 n 阶行列式的定义教学难点 n 阶行列式的定义双语教学内容、安排 行列式：determinant ；对角线法则：diagonal rule ；全排列：total permutation教学手段、措施行列式是研究方程组解的问题的重要工具之一。
本次课主要介绍行列式的定义。
教学过程及教学设计备注 第一章 行列式（determinant ）§1.1二阶与三阶行列式一、 二阶行列式（determinants of order two ） 引例 解二元线性方程组1112121222(1)(2)a x a yb a x a y b +=⎧⎨+=⎩解：利用消元法解得122122*********b a a b x a a a a -=-，112211211221221a b a b x a a a a -=-于是得定义：规定11222112a a a a -为二阶行列式，并记为22211211a a a a 。
注意：①元素ij a )2,1;2,1(==j i ，i 称行标，j 称列标。
（对教学内容及欲达目的、讲授方法加以说明）本节要求掌握二、三阶行列式定义，及对角线法则。
②对角线法则求2112221122211211a a a a a a a a -=。
③D a a a a a a a a =-=2112221122211211，1222121212221D a b a b b a a b ==-，2221111211211D b a b a a b b a ==- 。
例1 解二元线性方程组⎩⎨⎧=+=-1212232121x x x x 解：由于2412123,1411212,07122321-===-=≠=-=D D D 故3,22211-====DDx D D x 。
第1章行列式
j1 j2 jn
和式中仅当 j1 n, j2 n 1,, jn1 2, jn 1时，
a1 j1 a2 j2 anjn 0
D
(1) (n(n1)321) n( n1)
a1na2,n1
an1
(1) 2 12 n
例9 证明上三角行列式
a11 a12 a1n
0 D
a22
a2n
a11a22 ann
D1
b1 b2
a12 a22
,
D2
a11 a21
b1 b2
当D a11 a12 0时, 方程组的解可表为
a21 a22
x1
D1 D
，x2
D2 D
例1
解二元线性方程组
4xx11
3x2 3x2
5 5
解: 方程组未知量的系数所构成的二阶行列式
1 3
D
3 (3) 4 15 0
43
方程组有唯一解.又
a11 a12 a1n
a11 a21 an1
D
a21
a22
a2n
,则
DT
a12
a22
an2
.
an1 an2 ann
a1n a2n ann
性质1 行列式与它的转置行列式值相等.（D=DT） 证：事实上,若记 DT=det(bij),则 bij a ji (i, j 1,2,, n)
(iii)项数为 3！=6 “-” 321 213 132 （奇排列）
推广之，有如下n 阶行列式定义
定义： n阶行列式
a11 a12 a1n
D
a21
a22
a2n
记
(1) ( j1 j2jn ) a1 j1 a2 j2 anjn det (aij )
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第一章行列式
第一节 n阶行列式
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一．数学概念
1．逆序数
对于n个不同的元素，先规定各元素之间有一个标准次序(例如n个不同的自然数，可规定由小到大为标准次序)，于是在这n个元素的任一排列中，当某两个元素的先后次序与标准次序不同时，就说有1个逆序。
一个排列中所有逆序的总数叫做这个排列的逆序数。
2．奇排列与偶排列
逆序数为奇数的排列叫做奇排列，逆序数为偶数的排列叫做偶排列。
3．对换
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)
4．n阶列式
定义设有n2 个数，排成n行n列的数表
作出表中位于不同行不同列的n个数的乘积，并冠以符号(-1)τ，得到形如
的项，其中p1,p2,…,p n,为自然数1,2,…,n的一个排列，为这个排列的逆序数。
由于这样的排列共有n!个，因而形如上式的项共有n!项。
所有这n!的代数和
称为n阶行列式，记作
简记作det()。
数称为行列式det()的元素。
5. 转置行列式
设
行列式D T称为行式列D的转置行列式。
二．基本原理公式
定理1.1一个排列中的任意两个元素对换，排列改变奇偶性。
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。
定理1.2n阶行列式也可定义为
其中t为行标排列的逆序数。
公式1
公式2
公式3
三、行列式基本性质
性质1行列式与它的转置行列式相等。
性质2互换行列式的两行(列)，行列式变号。
推论如果行列式有两行(列)完全相同，则此行列式为零。
性质3行列式的某一行(列)中所有的元素都乘以同一数k，等于用数k乘此行列式。
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。
性质4行列式中如果有两行(列)元素成比例，则此行列式等于零。
性质5若行列式的某一行(列)的元素都是两数之和，例如第j列的元素都是两数之和：
则D等于下列两个行列式之和
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。
第三节行列式按行(列)展开
一．数学概念
余子式和代数余子式
在n阶行列式中，把元素所在第i行和第j列划去后，留下来的n-1阶行列式叫做元素的余子式，记作，记
,
叫做元素的代数余子式。
二．原理，公式
引理一个n阶行列式，如果其中第i行所有元素除外都为零，那么这行列式等于与它的代数余子式的乘积。
定理3.1 行列式等于它的任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和。
即
或
推论行列式某一行(列)的元素与另一行(列)的对应元素的代数余子式乘积之和等于零，即
范德蒙德(Vandermonde)行列式
第四节克拉默法则一．数学概念
1．非齐次线性方程组
其中右端的常数项不能全为零。
2．齐次线性方程组
二．原理，公式和法则
克拉默法则
设非齐次线性方程组
若方程组(1)的系数行列式
则方程组(1)有唯一解
其中是把系数行列式D中的第j列的元素用方程组右端的常数项代替后所得到的n阶行列式，即
定理4.1 如果线性方程组(1)的系数行列式D≠0，则(1)一定有解，且解是唯一的。
定理4.1’如果线性方程组(1)无解或有两个不同的解，则它的系数行列式必为零。
定理 4.2如果齐次线性方程组(2)的系数行列式D≠0，则齐次线性方程组(2)没有非零解。
定理4.2’如果齐次线性方程组(2)有非零解，则它的系数行列式必为零。