# 线性代数

# 行列式

行列式是一个 n×n ​(行数和列数相等)的​​方阵​,记作 det(A) 或使用两条竖线将元素括起来 A=|a|

# 一阶行列式

一阶行列式只有一行一列,只包含一个元素

D=|a|

它的值就是元素本身

|a|=a

举例:

  • |0|=0
  • |−1|=−1
  • |3|=3

# 二阶行列式

二阶行列式计算法则:主对角线数的积 减去 副对角线数的积

|abcd|=a×d−b×c

例如:

|2513|=(2×3)−(5×1)=6−5=1

# 三阶行列式

这是一个三阶行列式的基本格式

|abcdefghi|

使用对角线法则计算行列式的值:

D=aei+bfg+cdh−ceg−bdi−afh

为了方便观察规律,通常使用 aij 的形式表示

D=|a11a12a13a21a22a23a31a32a33|

从扩展阵列中,找出三条从左上到右下方向的斜线,每条线连接 3 个元素,将它们的乘积相加。

  1. 第一条(主对角线): a11⋅a22⋅a33
  2. 第二条: a12⋅a23⋅a31
  3. 第三条: a13⋅a21⋅a32
S1=a11a22a33+a12a23a31+a13a21a32

从扩展阵列中,找出三条从右上到左下方向的斜线,每条线连接 3 个元素,将它们的乘积相加。

  1. 第一条(副对角线): a13⋅a22⋅a31
  2. 第二条: a12⋅a21⋅a33
  3. 第三条: a11⋅a23⋅a32
S2=a13a22a31+a12a21a33+a11a23a32

用S1之和减去S2之和,就得到行列式的值。

D=S1−S2

计算结果为

D=a11a22a33+a12a23a31+a13a21a32−a11a23a32−a12a21a33−a13a22a31

# n阶行列式

n 阶行列式是一个 n x n 的方阵,其中的元素有 n 行 n 列

# 行列式展开公式

情况一:按行展开

|a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋮an1an2⋯ann|=∑(−1)N(j1j2⋯jn)a1j1a2j2⋯anjn

行列式中的元素用 aij 表示 i是行标,j是列标

  • 行标取标准排列(按自然顺序 1, 2, 3...),列标取排列的所有可能(所有列号的不同组合,例如 (1,2,3), (1,3,2), (2,1,3)...)
  • n阶行列式展开式共 n! 项
  • 每一项都是从不同行不同列取出的 n 个元素相乘
  • 正负由列标排列的奇偶性决定 (−1)N(j1j2⋯jn)

以三阶行列式为例:

|a11a12a13a21a22a23a31a32a33|=a11a22a33+a12a23a31+a13a21a32−a13a22a31−a12a21a33−a11a23a32

逆序数

乘积项的正负是由行标(或列标)排列的奇偶性决定,这里的奇偶性是指这个排列是“奇排列”还是“偶排列”,它由一个叫做逆序数的数值决定

从左到右,依次取排列中的每一个数字作为“当前数字”。 对于每个“当前数字”,检查它后面的所有数字。 每当发现后面有一个数字比“当前数字”小,就计为一个逆序。 将所有“当前数字”对应的逆序个数加起来,总和就是这个排列的逆序数。

逆序数用 N 表示,例如 N(3, 1, 4, 2)

  • 3 后面有 (1,4,2),比3小的数有2个;
  • 1 后面有 (4,2),比1小的数有0个;
  • 4 后面有(2),比4小的数有1个;
  • 2 后面没有数,比2小的数有0个

N(3, 1, 4, 2) = 2 + 0 + 1 + 0 = 3

情况二:按列展开

|a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋮an1an2⋯am|=∑(−1)N(i1i2⋯in)ai11ai22⋯ainn
  • 列标取标准排列(按自然顺序 1, 2, 3...),行标取排列的所有可能(所有行号的不同组合,例如 (1,2,3), (2,3,1), (3,1,2)...)
  • 每一项都是从不同行不同列取出的 n 个元素相乘
  • n阶行列式展开式共 n! 项
  • 正负由行标排列的奇偶性决定 (−1)N(i1i2⋯in)

以三阶行列式为例:

|a11a12a13a21a22a23a31a32a33|=a11a22a33+a21a32a13+a31a12a23−a31a22a13−a21a12a33−a11a32a23

情况三:不按行也不按列

|a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋮an1an2⋯am|=∑(−1)N(i1i2⋯in)+N(i1i2⋯in)ai1j1ai2j2⋯ainjn

# 反三角行列式:

类型1:

|∗∗∗a1∗∗a2∗…an|=(−1)n(n−1)2a1a2⋯an

类型2:

|a1a2∗…∗∗an∗∗∗|=(−1)n(n−1)2a1a2⋯an

类型3:

|a1a2…an|=(−1)n(n−1)2a1a2⋯an

# 下三角行列式:

|a11a21a22⋮⋮⋱an1an2⋯ann|=a11a22⋯ann

# 对角形行列式:

|a11a22⋱ann|=a11a22⋯ann

# 转置行列式

n 阶行列式 D=|a11a12⋯a1na21a22⋯a2n⋮⋮⋱⋮an1an2⋯ann|, 它的转置行列式为 DT=|a11a21⋯an1a12a22⋯an2⋮⋮⋱⋮a1na2n⋯ann|

例如:D=|1230−15007|的转置行列式为DT=|1002−10357|

  • 对任何行列式D,有D=DT(行列式与其转置行列式相等)即行列式行列互换,其值不变。

推论:若行列式中有两行(两列)的对应元素相等,则行列式值为零

|abcabc157|=−|abcabc157|D=−D2D=0D=0