爪型行列式解法(应该怎么解)

首页常识更新时间:2023-04-03 14:16:33

所谓爪型行列式,指的是一类看起来像爪子一样的行列式。一般指除了第一行和第一列以及对角线之外,其它元素都是0的行列式。这类行列式应该怎么求它的值呢?接下来我们由一些特殊的例子入手,来分析它的解法。

最典型的爪型行列式,是对角线上的元素相同,除了第一个元素之外,第一行和第一列的其它元素也都相同的形式,比如n阶行列式:

D=|x,a,a,…a; a,x,0,…,0; a,0,x,…,0;…, …, …, …;a,0,0,…,x|,x不等于0,元素间用逗号分隔,行与行之间用分号分隔,下同。

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|.

这是一个上三角行列式,它的值等于对角线上所有元素的积,因此,

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

假如第一行除了第一个元素之外其它元素都是b,则结果为:D=x^n-(n-1)abx^(n-2). 由此我们可以知道,对于一般的n阶爪型行列式:

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个元素之外所有的元素化为0,从而将行列式化为上三角行列式,则它的对角线上所有的元素的积,就是行列式的值。

具体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)求积(k=2->n)xk.

最后来看一道真题,作为一个实例结束这个类型的行列式的探究。求n阶(爪型)行列式:D=|1,2,3,…n; 2,1,0,…,0; 3,0,1,…,0;…, …, …, …;n,0,0,…,1|.

这个行列式的第一行是正整数列,第二行也是正整数列,对角线上的元素都是1. 我们可以代入上面推出来的公式,直接得到答案:D=(1-求和(j=2->n)j^2​。其中正整数的平方数列前n项和的公式是n(n 1)(2n 1)/6,因此,D=2-n(n 1)(2n 1)/6.

当然,这里探究的是最典型的爪型行列式,如果对它进行变形,每改变一点,结果都可能会发生非常大的变化,因此学习还是要有探究的精神,靠推导公式就想解决一切同类问题,显然是不科学的。

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