1、性代數第五版全冊配套性代數第五版全冊配套精品完整課件精品完整課件線性代數線性代數（第五版）（第五版）在以往的學習中，我們接觸過二在以往的學習中，我們接觸過二元、三元等簡單的線性方程組元、三元等簡單的線性方程組. .但是，從許多實踐或理論問題里但是，從許多實踐或理論問題里導出的線性方程組常常含有相當導出的線性方程組常常含有相當多的未知量，并且未知量的個數多的未知量，并且未知量的個數與方程的個數也不一定相等與方程的個數也不一定相等. .我們先討論未知量的個數與方程我們先討論未知量的個數與方程的個數相等的特殊情形的個數相等的特殊情形. .在討論這一類線性方程組時，我在討論這一類線性方程組時，我們引入

2、行列式這個計算工具們引入行列式這個計算工具. .第一章第一章 行列式行列式n內容提要內容提要1 1 二階與三階行列式二階與三階行列式2 2 全排列及其逆序數全排列及其逆序數3 3 n 階行列式的定義階行列式的定義4 4 對換對換5 5 行列式的性質行列式的性質6 6 行列式按行（列）展開行列式按行（列）展開7 7 克拉默法則克拉默法則行列式的概念行列式的概念. .行列式的行列式的性質及計算性質及計算. . 線性方程組的求解線性方程組的求解. . （選學內容）（選學內容） 行列式是線性代行列式是線性代數的一種工具！數的一種工具！學習行列式主要學習行列式主要就是要能計算行列就是要能計算行列式的值式

3、的值. .1 二階與三階行列式二階與三階行列式我們從最簡單的二元線性方程組出發，探我們從最簡單的二元線性方程組出發，探求其求解公式，并設法化簡此公式求其求解公式，并設法化簡此公式. .一、二元線性方程組與二階行列式一、二元線性方程組與二階行列式二元線性方程組二元線性方程組 11112212112222a xa xba xa xb 由消元法，得由消元法，得211211221122211)(abbaxaaaa 212221121122211)(baabxaaaa 當當 時，該方程組有唯一解時，該方程組有唯一解 021122211 aaaa211222112122211aaaabaabx 21122

4、2112112112aaaaabbax 求解公式為求解公式為11112212112222a xa xba xa xb 122122111221221112121211221221b aa bxa aa aa bb axa aa a 二元線性方程組二元線性方程組 請觀察，此公式有何特點？請觀察，此公式有何特點？分母相同，由方程組的四個系數確定分母相同，由方程組的四個系數確定.分子、分母都是四個數分成兩對相乘再分子、分母都是四個數分成兩對相乘再 相減而得相減而得.其求解公式為其求解公式為11112212112222a xa xba xa xb 122122111221221112121211221

5、221b aa bxa aa aa bb axa aa a 二元線性方程組二元線性方程組 我們引進新的符號來表示我們引進新的符號來表示“四個四個數分成兩對相乘再相減數分成兩對相乘再相減”. .1112112212212122aaDa aa aaa11122122aaaa記號記號 11122122aaaa數表數表 表達式表達式 稱為由該稱為由該數表所確定的數表所確定的二階行列式二階行列式，即，即11221221a aa a 其中，其中， 稱為稱為元素元素. .(1,2;1,2)ijaiji 為為行標行標，表明元素位于第，表明元素位于第i 行；行； j 為為列標列標，表明元素位于第，表明元素位于第

6、j 列列. .原則：橫行豎列原則：橫行豎列二階行列式的計算二階行列式的計算 11122122aaaa11221221a aa a主對角線主對角線 副對角線副對角線 即：主對角線上兩元素之積副對角線上兩元素之積即：主對角線上兩元素之積副對角線上兩元素之積 對角線法則對角線法則 二元線性方程組二元線性方程組 11112212112222a xa xba xa xb 若令若令 11122122aaDaa 1211222bbaDa 1221121baDab ( (方程組的系數行列式方程組的系數行列式) )則上述二元線性方程組的解可表示為則上述二元線性方程組的解可表示為1122122111221221D

7、Db aa bxa aa a 1121212211221221a bb aDxa aa aD 例例1 求解二元線性方程組求解二元線性方程組 1212232121xxxx解解 因為因為 1223 D07)4(3 14)2(12112121 D21243121232 D所以所以 11142,7DxD222137DxD 二、三階行列式二、三階行列式定義定義 設有設有9個數排成個數排成3行行3列的數表列的數表原則：橫行豎列原則：橫行豎列引進記號引進記號稱為稱為三階行列式三階行列式. .111213212223313233aaaaaaaaa 1122331223311321321322311221331

8、12332a a aa a aa a aa a aa a aa a a111213212223313233aaaaaaaaa主對角線主對角線 副對角線副對角線 二階行列式的對角線法則二階行列式的對角線法則并不適用！并不適用！三階行列式的計算三階行列式的計算 對角線法則對角線法則 111213212223313233aaaDaaaaaa 132132a a a 112233a a a 122331a a a 132231a a a 122133a a a 112332a a a 注意：注意：對角線法則只適用于二階與三階行列式對角線法則只適用于二階與三階行列式. . 實線上的三個元素的乘積冠正號，

9、實線上的三個元素的乘積冠正號， 虛線上的三個元素的乘積冠負號虛線上的三個元素的乘積冠負號. .12-4-221-34-2D 例例2 計算行列式計算行列式 解解按對角線法則，有按對角線法則，有 D4)2()4()3(12)2(21 )3(2)4()2()2(2411 24843264 .14 方程左端方程左端解解由由 得得2111230.49xx 例例3 求解方程求解方程 1229184322 xxxxD, 652 xx2560 xx3.2 xx或或2 全排列及其逆序數全排列及其逆序數引例引例用用1、2、3三個數字，可以組成多少個沒三個數字，可以組成多少個沒有重復數字的三位數？有重復數字的三位數

10、？解解1 2 3123百位百位3 3種放法種放法十位十位1231個位個位12 32 2種放法種放法1 1種放法種放法種放法種放法. .共有共有6123 問題問題 把把 n 個不同的元素排成一列，共有多少種不同的個不同的元素排成一列，共有多少種不同的 排法？排法？定義定義 把把 n 個不同的元素排成一列，叫做這個不同的元素排成一列，叫做這 n 個元素個元素的的全排列全排列. n 個不同元素的所有排列的種數，通常用個不同元素的所有排列的種數，通常用Pn 表示表示.(1) (2)3 2 1!nPnnnn 顯然顯然 即即n 個不同的元素一共有個不同的元素一共有n! 種不同的排法種不同的排法.所有所有6

11、種不同的排法中，只有一種排法種不同的排法中，只有一種排法（123）中的數字是按從小到大的自然）中的數字是按從小到大的自然順序排列的，而其他排列中都有大的順序排列的，而其他排列中都有大的數排在小的數之前數排在小的數之前. .因此大部分的排列都不是因此大部分的排列都不是“順序順序”，而是而是“逆序逆序”. . 3個不同的元素一共有個不同的元素一共有3! =6種不同的排法種不同的排法123，132，213，231，312，321對于對于n 個不同的元素，可規定各元素之間的標準次序個不同的元素，可規定各元素之間的標準次序.n 個不同的自然數，規定從小到大為標準次序個不同的自然數，規定從小到大為標準次序

12、.定義定義 當某兩個元素的先后次序與標準次序不同時，當某兩個元素的先后次序與標準次序不同時，就就稱這兩個元素組成一個稱這兩個元素組成一個逆序逆序.例如例如 在排列在排列32514中，中，3 2 5 1 4逆序逆序 逆序逆序 逆序逆序 思考題：思考題：還能找到其它逆序嗎？還能找到其它逆序嗎？答：答：2和和1，3和和1也構成逆序也構成逆序.定義定義 排列中所有逆序的總數稱為此排列的排列中所有逆序的總數稱為此排列的逆序數逆序數.排列排列 的逆序數通常記為的逆序數通常記為 . .1 2ni ii1 2()nt i ii奇排列：奇排列：逆序數為奇數的排列逆序數為奇數的排列. .偶排列：偶排列：逆序數為偶

13、數的排列逆序數為偶數的排列. .思考題：思考題：符合標準次序的排列是奇排列還是偶排列？符合標準次序的排列是奇排列還是偶排列？ 答：答：符合標準次序的排列（例如：符合標準次序的排列（例如：123）的逆序數）的逆序數等于零，因而是偶排列等于零，因而是偶排列. .計算排列的逆序數的方法計算排列的逆序數的方法則此排列的逆序數為則此排列的逆序數為12ntttt設設 是是 1, 2, , n 這這n 個自然數的任一排列，個自然數的任一排列，并規定由小到大為標準次序并規定由小到大為標準次序. 先看有多少個比先看有多少個比 大的數排在大的數排在 前面，記為前面，記為 ；再看有多少個比再看有多少個比 大的數排在

14、大的數排在 前面，記為前面，記為 ;最后看有多少個比最后看有多少個比 大的數排在大的數排在 前面，記為前面，記為 ;12np pp1p1p1t2p2p2tnpnpnt例例1：求排列求排列 32514 的逆序數的逆序數.解：解：(32514)010315t 練習：練習：求排列求排列 453162 的逆序數的逆序數.9t 解：解：3 n 階行列式的定義階行列式的定義一、概念的引入一、概念的引入111213212223313233aaaDaaaaaa 112233122331132132132231122133112332a a aa a aa a aa a aa a aa a a規律：規律：1.1

15、.三階行列式共有三階行列式共有6項，即項，即3!項項2.2.每一項都是位于不同行不同列的三個元素的乘積每一項都是位于不同行不同列的三個元素的乘積3.3.每一項可以寫成每一項可以寫成 （正負號除外），其中（正負號除外），其中 是是1、2、3的某個排列的某個排列. .4.4.當當 是是偶排列偶排列時，對應的項取時，對應的項取正號正號； 當當 是是奇排列奇排列時，對應的項取時，對應的項取負號負號. . 123123pppaaa123p p p123p p p123p p p所以，三階行列式可以寫成所以，三階行列式可以寫成 123123123()123( 1)t p p ppppp p paaa 其中

16、其中 表示對表示對1、2、3的所有排列求和的所有排列求和. 123p p p 二階行列式有類似規律二階行列式有類似規律.下面將行列式推廣到一般的情形下面將行列式推廣到一般的情形. 111213212223313233aaaDaaaaaa 112233122331132132132231122133112332a a aa a aa a aa a aa a aa a a二、二、n 階行列式的定義階行列式的定義1. n 階行列式共有階行列式共有 n! 項項2.2.每一項都是位于不同行不同列的每一項都是位于不同行不同列的 n 個元素的乘積個元素的乘積3.3.每一項可以寫成每一項可以寫成 （正負號除外

17、），其中（正負號除外），其中 是是1, 2, , n 的某個排列的某個排列. .4.4.當當 是是偶排列偶排列時，對應的項取時，對應的項取正號正號； 當當 是是奇排列奇排列時，對應的項取時，對應的項取負號負號. . 1212nppnpaaa12np pp12np pp12np pp1212121112121222()1212( 1)nnnnnt p ppppnpp ppnnnnaaaaaaDaaaaaa 簡記作簡記作 ，其中其中 為行列式為行列式D的的( (i, j) )元元det()ijaija思考題：思考題： 成立成立嗎？嗎？答：答：符號符號 可以有兩種理解：可以有兩種理解：若理解成絕對值

18、，則若理解成絕對值，則 ；若理解成一階行列式，則若理解成一階行列式，則 . .11 1 11 11 注意：注意：當當n = 1時，一階行列式時，一階行列式|a| = a，注意不要與，注意不要與絕對值的記號相混淆絕對值的記號相混淆. 例如：一階行列式例如：一階行列式 . 11 111213142223243333444000000aaaaaaaDaaa 例：例：寫出四階行列式中含有因子寫出四階行列式中含有因子 的項的項. . 2311aa例：例：計算行列式計算行列式解：解：11233244a a a a 11233442.a a a a和和142323241000000000000aaDaa 1

19、12213344000000000000aaDaa 112122432323341424344000000aaaDaaaaaaa 解：解：112213344000000000000aaDaa 142323241000000000000aaDaa 11223344a a a a (4321)14233341( 1)ta a a a 14233341a a a a (4321)0123t 3 46.2 其中其中 111213142223243333444000000aaaaaaaDaaa 112122432323341424344000000aaaDaaaaaaa 11223344a a a a

20、14233341a a a a 12,11nnnaaDa 1122nnaaDa 四個結論：四個結論：(1) (1) 對角行列式對角行列式 nnaaa2211 (2) (2) (1)212,11( 1)n nnnna aa nnnnaaaaaaD21222111000 nnnnaaaaaaD00022211211 (3) (3) 上三角形行列式上三角形行列式 （主對角線下側元素都為（主對角線下側元素都為0 0）nnaaa2211 (4) (4) 下三角形行列式下三角形行列式 （主對角線上側元素都為（主對角線上側元素都為0 0）nnaaa2211 思考題：思考題：用定義計算行列式用定義計算行列式解

21、：用樹圖分析解：用樹圖分析111 13 33 31 12 23 31122221112134）（22143）（32413）（42431）（491223D故故1130230021011210D思考題思考題已知已知 ，求，求 的系數的系數. 1211123111211xxxxxf 3x故故 的系數為的系數為1.解解含含 的項有兩項，即的項有兩項，即3x 1211123111211xxxxxf 對應于對應于 124311223443( 1)ta a a a (1234)11223344( 1)ta a a a (1234)311223344( 1),ta a a ax 1243311223443(

22、1)2ta a a ax 3x4 對換對換111lmnaabbcb ca一、對換的定義一、對換的定義定義定義 在排列中，將任意兩個元素對調，其余的元素在排列中，將任意兩個元素對調，其余的元素不動，這種作出新排列的手續叫做不動，這種作出新排列的手續叫做對換對換將相鄰兩個元素對換，叫做將相鄰兩個元素對換，叫做相鄰對換相鄰對換例如例如 11lma baabb11lmb aaabb111lmnaabbca cb備注備注1.1. 相鄰對換是對換的特殊情形相鄰對換是對換的特殊情形. . 2.2. 一般的對換可以通過一系列的相鄰對換來實現一般的對換可以通過一系列的相鄰對換來實現. . 3.3. 如果連續施行

23、兩次相同的對換，那么排列就還原了如果連續施行兩次相同的對換，那么排列就還原了. . m 次相鄰對換次相鄰對換 111lmnaabbcb ca111 lmnaabbcbca111 lmnaabbca cbm+1次相鄰對換次相鄰對換 m 次相鄰對換次相鄰對換 111 lmnaabbcacb111 lmnaabbcb cam+1次相鄰對換次相鄰對換 二、對換與排列奇偶性的關系二、對換與排列奇偶性的關系定理定理1 1對換改變排列的奇偶性對換改變排列的奇偶性. . 證明證明先考慮相鄰對換的情形先考慮相鄰對換的情形 11 lma baabb11 lmb aaabb11lmabaabbttttttt 11l

24、mbaaabbrrtttrt 11 lma baabb11 lmb aaabb11lmabaabbttttttt 11lmbaaabbrrtttrt 注意到除注意到除 外，其它元素的逆序數不改變外，其它元素的逆序數不改變. ., a b11 lma baabb11 lmb aaabb11lmabaabbttttttt 11lmbaaabbrrtttrt 當當 時，時， ， ， . . ab 當當 時，時， ， ， . . ab 因此相鄰對換改變排列的奇偶性因此相鄰對換改變排列的奇偶性. . 1aartbbrt aart 1bbrt1rt 1rt 既然相鄰對換改變排列的奇偶性，那么既然相鄰對換改

25、變排列的奇偶性，那么 2m+1次相鄰對換次相鄰對換因此，一個排列中的任意兩個元素對換，排列的奇偶性改變因此，一個排列中的任意兩個元素對換，排列的奇偶性改變. .111lmnaabbcb ca111 lmnaabbca cb推論推論 奇排列奇排列變成標準排列的對換次數為變成標準排列的對換次數為奇數奇數， 偶排列偶排列變成標準排列的對換次數為變成標準排列的對換次數為偶數偶數. . 由定理由定理1 1知，對換的次數就是排列奇偶性的變化次知，對換的次數就是排列奇偶性的變化次數，而標準排列是偶排列數，而標準排列是偶排列( (逆序數為零逆序數為零) )，因此可知推論，因此可知推論成立成立. .證明證明 1

26、 12122121122,nnnni ji ji jpppnpnppaaaaaaaaa 因為數的乘法是可以交換的，因為數的乘法是可以交換的，所以所以 n 個元素相乘的次個元素相乘的次序是可以任意的，即序是可以任意的，即 每作一次交換，元素的行標與列標所成的排列每作一次交換，元素的行標與列標所成的排列 與與 都同時作一次對換，都同時作一次對換，即即 與與 同同時改變奇偶性，但是這兩個排列的逆序數之和的奇偶性時改變奇偶性，但是這兩個排列的逆序數之和的奇偶性不變不變. . 1 2ni ii12nj jj12nj jj1 2ni ii于是于是 與與 同時為奇數或同時為偶數同時為奇數或同時為偶數. .

27、即即 是偶數是偶數. . 因為對換改變排列的奇偶性，因為對換改變排列的奇偶性， 是奇數，是奇數， 也是奇數也是奇數. . 設對換前行標排列的逆序數為設對換前行標排列的逆序數為 ，列標排列的逆序數為，列標排列的逆序數為 . . st s t所以所以 是偶數，是偶數， ss tt ()()sstt()()stst()st ()st 因此，交換因此，交換 中任意兩個元素的位置后，其中任意兩個元素的位置后，其行標排列與列標排列的逆序數之和的奇偶性不變行標排列與列標排列的逆序數之和的奇偶性不變. .1 12 2,n ni ji ji jaaa設經過一次對換后行標排列的逆序數為設經過一次對換后行標排列的逆

28、序數為 列標排列的逆序數為列標排列的逆序數為1 21 21212()()(12)()()( 1)( 1) ( 1)nnnnt i iit j jjtnt p ppt p pp 經過一次對換是如此，經過多次對換還是如此經過一次對換是如此，經過多次對換還是如此. . 所以，所以，在一系列對換之后有在一系列對換之后有定理定理2 n 階行列式也可定義為階行列式也可定義為 121212()12( 1)nnnt p ppppp np ppDaaa 定理定理3 n 階行列式也可定義為階行列式也可定義為 1 21 21 12 21 21 2()()( 1)nnn nnnt i iit j jji ji ji

29、ji iij jjDaaa 例例1 試判斷試判斷 和和142331425665a a a a a a324314512566a a a a a a 是否都是六階行列式中的項是否都是六階行列式中的項.解解下標的逆序數為下標的逆序數為 4312650122016t 142331425665a a a a a a所以所以 是六階行列式中的項是六階行列式中的項.142331425665a a a a a a 行標和列標的逆序數之和行標和列標的逆序數之和(341526)(234156)538tt324314512566a a a a a a 所以所以 不是六階行列式中的項不是六階行列式中的項.32431

30、4512566a a a a a a 例例2 用行列式的定義計算用行列式的定義計算 0001000200100000000nDnn 1221!nnnDn 解解 1,12,21,11 1 1 21 1!tnnnnnnttDaaaannn 12212321122 tnnnnnnn 1. 對換改變排列奇偶性對換改變排列奇偶性2. 行列式的三種表示方法行列式的三種表示方法三、小結三、小結121212()12( 1)nnnt p ppppnpp ppDaaa 121212()12( 1)nnnt p ppppp np ppDaaa 1 21 21 12 21 21 2()()( 1)nnn nnnt i

31、 iit j jji ji ji ji iij jjDaaa 5 5 行列式的性質行列式的性質一、行列式的性質一、行列式的性質111212212212, nnnnnnaaaaaaaaDa 行列式行列式 稱為行列式稱為行列式 的的轉置行列式轉置行列式. . TDD若記若記 ，則，則 .det(), det()TijijDaDb ijjiba 記記性質性質1 行列式與它的轉置行列式相等行列式與它的轉置行列式相等, ,即即 .TDD 212211121212nnnnTnnaaaaaaDaaa 121212()12( 1)nnnt p ppTppnpp ppDbbb 性質性質1 行列式與它的轉置行列式

32、相等行列式與它的轉置行列式相等. .證明證明根據行列式的定義，有根據行列式的定義，有若記若記 ，則，則det(), det()TijijDaDb ,1,2,ijijbai jn 1121221()2( 1)nnnppt p ppp ppp naaa D 行列式中行與列具有同等的地位行列式中行與列具有同等的地位, ,行列式的性質凡是對行行列式的性質凡是對行成立的對列也同樣成立成立的對列也同樣成立. .性質性質2 互換行列式的兩行（列）互換行列式的兩行（列）, ,行列式變號行列式變號. .驗證驗證于是于是175662358175358662196 196 175175662358358662 推論

33、推論 如果行列式有兩行（列）完全相同，則此行列式為零如果行列式有兩行（列）完全相同，則此行列式為零. .證明證明互換相同的兩行，有互換相同的兩行，有 ，所以，所以 . DD 0D 備注：交換第備注：交換第 行（列）和第行（列）和第 行（列），記作行（列），記作 . .ji()ijijrr cc性質性質3 行列式的某一行（列）中所有的元素都乘以同一個行列式的某一行（列）中所有的元素都乘以同一個倍數倍數 ，等于用數，等于用數 乘以此行列式乘以此行列式. .驗證驗證kk111213212223313233,aaaDaaaaaa 我們以我們以三三階行列式為例階行列式為例. . 記記 根據三階行列式的對

34、角線法則，有根據三階行列式的對角線法則，有1112131212223313233kkaaaDaaaaaak 備注：第備注：第 行（列）乘以行（列）乘以 ，記作，記作 . .ki()iirk ck 1112131212223313233kkaaaDaaaaaak 112233122331132132132231122133112332()()()()()()aaaaaaaaaaaaaaakkkkkkaaa112233122331132132132231122133112332a a aa a aa a aa a aa a aaaka Dk 推論推論 行列式的某一行（列）中所有元素的公因子可以提行

35、列式的某一行（列）中所有元素的公因子可以提到行列式符號的外面到行列式符號的外面備注：第備注：第 行（列）提出公因子行（列）提出公因子 ，記作，記作 . .ki()iirk ck 212223242122232431323334111213141112311121314111213213333431141400aaaaakkkakaaaaaaaaaaaaaaaakakaaaaaaaaa 驗證驗證我們以我們以4階行列式為例階行列式為例. . 性質性質4 行列式中如果有兩行（列）元素成比例，則此行列行列式中如果有兩行（列）元素成比例，則此行列式為零式為零性質性質5 若行列式的某一列（行）的元素都是兩

36、數之和若行列式的某一列（行）的元素都是兩數之和, ,例如例如：121222221113212331332323aaDaaabababaa 則則111311132123212331331212222232331323aaaaDaaaabababaaaaa 121222221113212331332323aaDaaabababaa 221231312322()13( 1)()ppt p p pppp p pabaa 123123131312322123()()132213( 1)( 1)t p p pt p p pppppp p pp p pppaaaaba11131113212321233133

37、3131212222223332aaabaabaaaaaaabaaa驗證驗證我們以我們以三三階行列式為例階行列式為例. . 性質性質6 把行列式的某一列（行）的各元素乘以同一個倍數把行列式的某一列（行）的各元素乘以同一個倍數然后加到另一列然后加到另一列( (行行) )對應的元素上去，行列式不變對應的元素上去，行列式不變則則1.DD 驗證驗證122211132123313323,aaDaaaaaaa 我們以我們以三三階行列式為例階行列式為例. . 記記 1112131212213233323313233aaaDaaakakakaaaa 備注：以數備注：以數 乘第乘第 行（列）加到第行（列）加到第

38、 行（列）上，記作行（列）上，記作 . .ki().ijijrkr ckc j例例2101044614753124025973313211 D二、應用舉例二、應用舉例計算行列式常用方法：利用運算把行列式化為計算行列式常用方法：利用運算把行列式化為上三角形行列式，從而算得行列式的值上三角形行列式，從而算得行列式的值ijrkr 3 2101044614753124025973313211 D3 解解2101044614753124022010013211312 rr2101044614753140202010013211 2101044614753124022010013211312 rr 2 3

39、 122rr 4 42rr 2220020100140203512013211 2220035120140202010013211 144rr 133rr 2220001000211003512013211 34rr 2220020100211003512013211 23rr 2 6000001000211003512013211 612 454rr .12 6400001000211003512013211 352rr 4 例例2 計算計算 階行列式階行列式nabbbbabbbbabbbbaD 解解 abbbnababbnabbabnabbbbna1111 D將第將第 列都加到第一列得列都

40、加到第一列得n, 3 , 2 11(1)11bbbabbanbbabbba 1(1)bbbabanbabab 00 1(1) ().nanb a b 例例3 設設 1111111111110kkkkknnnknnnaaaaDccbbccbb ,)det(11111kkkkijaaaaaD ,)det(11112nnnnijbbbbbD .21DDD 證明證明 證明證明1111110;kkkkkpDpppp對對 作運算作運算 ，把，把 化為下三角形行列式化為下三角形行列式 1Dijrkr 1D設為設為對對 作運算作運算 ，把，把 化為下三角形行列式化為下三角形行列式 2Dijckc 2D1121

41、110.nnnnkqDqqqp設為設為對對 D 的前的前 k 行作運算行作運算 ，再對后，再對后 n 列作運算列作運算 ，把把 D 化為下三角形行列式化為下三角形行列式,01111111111nnnnknkkkkqqqccccpppD 1111kknnDppqq12.D D ijrkr ijckc 故故 ( (行列式中行與列具有同行列式中行與列具有同等的地位等的地位, , 凡是對行成立的性質對列也同樣成凡是對行成立的性質對列也同樣成立立).). 計算行列式常用方法：計算行列式常用方法：(1)(1)利用定義利用定義;(2);(2)利利用性質把行列式化為上三角形行列式，從而算得用性質把行列式化為上

42、三角形行列式，從而算得行列式的值行列式的值三、小結三、小結行列式的行列式的6 6個性質個性質計算計算4 4階行列式階行列式 思考題思考題 11111111111122222222ddddccccbbbbaaaaD 1abcd 已已知知思考題解答思考題解答解解111111112222dddcccbbbaaaD 1111111111112222dddcccbbbaaa dddcccbbbaaaabcd1111111111112222 dddcccbbbaaa111111111111122223 . 0 6 行列式按行(列)展開對角線法則只適用于二階與三階行列式對角線法則只適用于二階與三階行列式.

43、.本節主要考慮如何用低階行列式來表示高本節主要考慮如何用低階行列式來表示高階行列式階行列式. .一、引言122331111221221333332132132231112332a a aa a aaa a aaaaa aa aa 111213212223313233aaaaaaaaa 122331321311222322331213332123aa aaaaaa aaaaaaa 222321232123111213323331333133aaaaaaaaaaaaaaa結論結論 三階行列式可以用二階行列式表示三階行列式可以用二階行列式表示. .思考題思考題 任意一個行列式是否都可以用較低階的行列

44、式表示？任意一個行列式是否都可以用較低階的行列式表示？例如例如 11121314212223243132333441424344aaaaaaaaDaaaaaaaa 11121423313234414244aaaMaaaaaa 2 32323231AMM 把把 稱為元素稱為元素 的的代數余子式代數余子式 1ijijijAM ija在在n 階行列式中，把元素階行列式中，把元素 所在的第所在的第 行和第行和第 列劃后，列劃后，留下來的留下來的n1階行列式叫做元素階行列式叫做元素 的的余子式余子式，記作，記作 . ijijMijaija結論結論 因為行標和列標可唯一標識行列式的元素，所以因為行標和列標

45、可唯一標識行列式的元素，所以行列行列式中每一個元素都分別對應著一個余子式和一個代數余子式式中每一個元素都分別對應著一個余子式和一個代數余子式. .引理引理 一個一個n 階行列式，如果其中第階行列式，如果其中第 行所有元素除行所有元素除 外都為零，那么這行列式等于外都為零，那么這行列式等于 與它的代數余子式的乘與它的代數余子式的乘積，即積，即 ijijDa A 11121314212223243341424344000aaaaaaaaDaaaaa 1112143 3332122244142441aaaaaaaaaa 例如例如 3 3333333331a Aa M 1112143321222441

46、4244aaaaaaaaaa iijaija11212221200nnnnnaaaaDaaa 即有即有1111.Da M 又又 1 11111111,AMM 從而從而1111.Da A 下面再討論一般情形下面再討論一般情形.分析分析 當當 位于第位于第1 1行第行第1 1列時列時, ,ija（根據（根據P.14例例10的結論）的結論）11121314212223244142434434000aaaaaaaaaaaaa我們以我們以4階行列式為例階行列式為例. . 2334111213142122232441424344000( 1)rraaaaaaaaaaaaa 1211121314212223

47、2441424334442000( 1)rraaaaaaaaaaaaa 1112131421222324414243434(3 14)000( 1)aaaaaaaaaaaaa 思考題：思考題：能否以能否以 代替上述兩次行變換？代替上述兩次行變換？13rr231234234414243444142434411121212223314111213142421222324000( 1)000rrrraaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 思考題：思考題：能否以能否以 代替上述兩次行變換？代替上述兩次行變換？1334344111121423141114344414212223242122

48、23221323414444000( 1)000rraaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa 答：答：不能不能. .13rr1112131421222324414243434(3 14)000( 1)aaaaaaaaaaaaa 342312141112132421222344434(3 1)331424000( 1)( 1)ccccccaaaaaaaaaaaaa 14111234(13 1)32421222344414243(4 1)000( 1)( 1)aaaaaaaaaaaaa 3 4 2( 1) 3 434( 1)a 3434a A 被調換到第被調換到第1行，第行，第1列列3

49、4a11121321222341424334aaaaaaaaaa34M11121314212223244142434434000aaaaaaaaaaaaa二、行列式按行（列）展開法則定理定理3 行列式等于它的任一行（列）的各元素與其對行列式等于它的任一行（列）的各元素與其對應的代數余子式乘積之和，即應的代數余子式乘積之和，即 11221,2,iiiiininDa Aa Aa Ain111213111213212223212223313233313233000000aaaaaaaaaaaaaaaaaa 11121321222321222321222331323331323331323300000

50、0aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa1111a A 1212a A 1313a A 212122222323a Aa Aa A313132323333a Aa Aa A同理可得同理可得例例（P.12例例7續）續）3112513420111533D 51111113100105530 312 cc 34cc 3 3511( 1)1111550 511620550 21rr 1 362( 1)55 8205 40. 證明證明 用數學歸納法用數學歸納法21211Dxx 21()ijijxx 例例 證明范德蒙德證明范德蒙德( (Vandermonde) )行列式行列式1222212111112

51、111().nnnijn ijnnnnxxxxxxDxxxxx (1)所以所以n=2時時(1)式成立式成立.21xx2131122133112222213311111100()()()0()()()nnnnnnnnnxxxxxxxxxxxxxxxDxxxxxxxxx 假設假設(1)對于對于n1階范德蒙行列式成立，從第階范德蒙行列式成立，從第n行開始，后行行開始，后行減去前行的減去前行的 倍：倍：1x按照第按照第1列展開，并提出每列的公因子列展開，并提出每列的公因子 ，就有，就有1()ixx 213112()()()()nnijn ijDxxxxxxxx 1().ijn ijxx 2321311

52、22223111()()()nnnnnnxxxxxxxxxxxx n1階范德蒙德行列式階范德蒙德行列式推論推論 行列式任一行（列）的元素與另一行（列）的對行列式任一行（列）的元素與另一行（列）的對應元素的代數余子式乘積之和等于零，即應元素的代數余子式乘積之和等于零，即11220,.ijijinjna Aa Aa Aij 111213212223AAaaa A212223313232122233aaaaaaaaa 分析分析 我們以我們以3階行列式為例階行列式為例. . 111213111112121313212223313233aaaa Aa Aa Aaaaaaa把第把第1行的元素換成第行的元素

53、換成第2行的對應元素，則行的對應元素，則 0. 定理定理3 行列式等于它的任一行（列）的各元素與其對行列式等于它的任一行（列）的各元素與其對應的代數余子式乘積之和，即應的代數余子式乘積之和，即 11221,2,iiiiinina Aa Aa AD in推論推論 行列式任一行（列）的元素與另一行（列）的對行列式任一行（列）的元素與另一行（列）的對應元素的代數余子式乘積之和等于零，即應元素的代數余子式乘積之和等于零，即11220,.ijijinjna Aa Aa Aij1122,0,niinijjjDija Aa Aa Aij 1122,0,ijijinjnDija Aa Aa Aij 綜上所述，

54、有綜上所述，有同理可得同理可得5312017252023100414002350D 例例 計算行列式計算行列式解解5312017252023100414002350D 2 5531202311204140235 23110 072066 7210 ( 2)66 20 ( 4212)1080. 2312 5414235 53204140132021352152 31rr 21( 2)rr 例例 設設 , , 的的 元的余子式和元的余子式和代數余子式依次記作代數余子式依次記作 和和 ，求，求分析分析 利用利用3521110513132413D D( , )i jijMijA11121314AAAA

55、及及11213141.MMMM111213142122232411111212131314143132333441424344aaaaaaaaa Aa Aa Aa Aaaaaaaaa125202100 解解111213141111105134311321AAAA 43rr 31rr 1111110522021100 115222110 21cc 2502 4. 1521110513131413 105105113 43rr 1521110513130100 121105113 132rr 0. 1121344111213141MMMMAAAA7 克拉默法則二元線性方程組二元線性方程組 1111

56、2212112222a xa xba xa xb 若令若令 11122122aaDaa 1211222bbaDa 1221121baDab ( (方程組的系數行列式方程組的系數行列式) )則上述二元線性方程組的解可表示為則上述二元線性方程組的解可表示為1122122111221221DDb aa bxa aa a 1121212211221221a bb aDxa aa aD 一、克拉默法則如果線性方程組如果線性方程組11112211211222221122(1)nnnnnnnnnna xa xa xba xa xaxba xaxa xb 的系數行列式不等于零，即的系數行列式不等于零，即111

57、2121222120nnnnnnaaaaaaDaaa122123,. (2)nnDDDDxxxxDDDD其中其中 是把系數行列式是把系數行列式 中第中第 列的元素用方程組右端的常列的元素用方程組右端的常數項代替后所得到的數項代替后所得到的 階行列式，即階行列式，即jDDjn111,11,111,1,11jjnjnn jn jnnnaaaaDaaaabb 那么線性方程組那么線性方程組(1)(1)有解并且解是唯一的，解可以表示成有解并且解是唯一的，解可以表示成定理中包含著三個結論：定理中包含著三個結論：方程組有解；方程組有解；（解的存在性）（解的存在性） 解是唯一的；解是唯一的；（解的唯一性）（解

58、的唯一性）解可以由公式解可以由公式( (2) )給出給出. .這三個結論是有聯系的這三個結論是有聯系的. . 應該注意，該定理所討論的只是系應該注意，該定理所討論的只是系數行列式不為零的方程組，至于系數行列式等于零的情形，數行列式不為零的方程組，至于系數行列式等于零的情形，將在第三章的一般情形中一并討論將在第三章的一般情形中一并討論. .關于克拉默法則的等價命題定理定理4 如果線性方程組如果線性方程組( (1) )的系數行列式不等于零，則的系數行列式不等于零，則該線性方程組一定有解該線性方程組一定有解, ,而且解是唯一的而且解是唯一的 . .定理定理4 如果線性方程組無解或有兩個不同的解，則它

59、的如果線性方程組無解或有兩個不同的解，則它的系數行列式必為零系數行列式必為零. .設設11112211211222221122(1)nnnnnnnnnna xa xa xba xa xaxba xaxa xb 例例 解線性方程組解線性方程組12341242341234258,369,225,4760.xxxxxxxxxxxxxx 解解2151130602121476D 122rr 42rr 075131306021207712 75132127712 122cc 322cc 35301077218151930652120476 81D 22851190605121076 =108D 27032

60、181139602521406 27D 42158130902151470 27D 11813,27DxD 221084,27DxD 33271,27DxD 44271.27DxD線性方程組線性方程組常數項全為零的線性方程組稱為常數項全為零的線性方程組稱為齊次線性方程組齊次線性方程組，否則，否則稱為稱為非齊次線性方程組非齊次線性方程組. .11112211211222221122nnnnnnnnnna xa xa xba xa xaxba xaxa xb 齊次線性方程組總是有解的，因為齊次線性方程組總是有解的，因為(0,0,(0,0, 0), 0)就是一個就是一個解，稱為解，稱為零解零解. .