行列式(二)- 行列式的性质

行变换

定理 3(行变换)
\boldsymbol{A}是一个方阵。
a.\;\boldsymbol{A}的某一行的倍数加到另一行得矩阵\boldsymbol{B},则det \;\boldsymbol{B}=det \;\boldsymbol{A}
b.\;\boldsymbol{A}的两行互换得矩阵\boldsymbol{B},则det \;\boldsymbol{B}=-det \;\boldsymbol{A}
c.\;\boldsymbol{A}的某行乘以k倍得到矩阵\boldsymbol{B},则det \;\boldsymbol{B}=k \times det \;\boldsymbol{A}

计算det \;\boldsymbol{A},其中\boldsymbol{A}=\begin{bmatrix}1 & -4 & 2 \\ -2 & 8 & -9 \\ -1 & 7 & 0 \end{bmatrix}
解:
det \;\boldsymbol{A}=\begin{vmatrix}1 & -4 & 2 \\ -2 & 8 & -9 \\ -1 & 7 & 0 \end{vmatrix}=\begin{vmatrix}1 & -4 & 2 \\ 0 & 0 & -5 \\ -1 & 7 & 0 \end{vmatrix}=\begin{vmatrix}1 & -4 & 2 \\ 0 & 0 & -5 \\ 0 & 3 & 2 \end{vmatrix}
交换第2行与第3行时行列式取反号,即
det \;\boldsymbol{A}=-\begin{vmatrix}1 & -4 & 2 \\ 0 & 3 & 2 \\ 0 & 0 & -5 \end{vmatrix}=-(1)(3)(-5)=15

计算det \;\boldsymbol{A},其中\boldsymbol{A}=\begin{bmatrix} 2 & -8 & 6 & 8 \\ 3 & -9 & 5 & 10 \\ -3 & 0 & 1 & -2 \\ 1 & -4 & 0 & 6 \end{bmatrix}
解:第一行提出共因子2,再进行行化简。
\begin{aligned} det \;\boldsymbol{A}&=2\begin{vmatrix}1 & -4 & 3 & 4 \\ 3 & -9 & 5 & 10 \\ -3 & 0 & 1 & -2 \\ 1 & -4 & 0 & 6 \end{vmatrix}=2\begin{vmatrix}1 & -4 & 3 & 4 \\ 0 & 3 & -4 & -2 \\ 0 & -12 & 10 & 10 \\ 0 & 0 & -3 & 2 \end{vmatrix} \\ &= 2\begin{vmatrix}1 & -4 & 3 & 4 \\ 0 & 3 & -4 & -2 \\ 0 & 0 & -6 & 2 \\ 0 & 0 & -3 & 2 \end{vmatrix}= 2\begin{vmatrix}1 & -4 & 3 & 4 \\ 0 & 3 & -4 & -2 \\ 0 & 0 & -6 & 2 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{vmatrix} \\ &= 2(1)(3)(-6)(1)=-36\end{aligned}

若一个方阵\boldsymbol{A}通过行倍加和行交换化简为阶梯形\boldsymbol{U},且次过程经过了r次行交换,则定理 3表明det \;\boldsymbol{A}=(-1)^{r}det \;\boldsymbol{U}。由于\boldsymbol{U}是阶梯形,故它是三角阵,因此det \;\boldsymbol{U}是主对角线上的元素u_1\!_1,\cdots,u_n\!_n的乘积。若\boldsymbol{A}可逆,则元素u_i\!_i都是主元;否则,至少有u_n\!_n等于零,乘积u_1\!_1,\cdots,u_n\!_n为零。从而有以下公式:
det \;\boldsymbol{A}=\begin{cases} (-1)^{r} \times (\boldsymbol{U}的主元乘积) & 当\boldsymbol{A}可逆 \\ 0 & 当\boldsymbol{A}不可逆\end{cases}
注意:尽管上述中的阶梯形\boldsymbol{U}是不唯一的,主元也不是唯一的,但除了差一个符号外,这些主元的乘积是唯一的。
定理 4 \;方阵\boldsymbol{A}是可逆的当且仅当det \;\boldsymbol{A} \neq 0。

行列式与矩阵乘积

定理 6(乘法的性质)
\boldsymbol{A}\boldsymbol{B}均为n \times n矩阵,则det \;\boldsymbol{A}\boldsymbol{B}=(det \;\boldsymbol{A})(det \;\boldsymbol{B})。
\boldsymbol{A}=\begin{bmatrix}6 & 1 \\ 3 & 2\end{bmatrix},\boldsymbol{B}=\begin{bmatrix}4 & 3 \\ 1 & 2\end{bmatrix},验证定理 6。
解:
\boldsymbol{AB}=\begin{bmatrix}6 & 1 \\ 3 & 2\end{bmatrix}\begin{bmatrix}4 & 3 \\ 1 & 2\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}25 & 20 \\ 14 & 13\end{bmatrix}
det \;\boldsymbol{AB} = 25 * 13 - 20 * 14 = 45
(det \;\boldsymbol{A})(det \;\boldsymbol{B})=(6 * 2 - 3 * 1) * (4 * 2 - 1 * 3)=9 * 5=det \;\boldsymbol{AB}

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