最新《线性代数》讲稿(1)

线性代数讲稿今天我给大家介绍一下线性代数的基础知识。

在这节课中，我将向同学们介绍：什么是线性代数，线性代数有哪些分支和各个分支之间有什么关系，以及线性代数研究的主要问题是什么？现在我们先看，这节课上所用的例题，以便同学们能够更好地理解并掌握线性代数的基本概念。

1。

比较矩阵A与矩阵B，设A的秩为n， B的秩为m， A与B 的转置矩阵定义为(x__a)__(y__b)。

则称A与B相似，记作A_B， A_B 与A相似等价于B_A，记作B_A。

A与B的相似关系称为矩阵A与B 的关系。

有的书上写成A与B的形式为A_B， A与B的形式是相似关系的矩阵，秩就是矩阵A的秩，形式上不做区分。

2。

矩阵的相似对角化问题。

若A、 B为n×n矩阵，并且A为n ×n对角矩阵，那么称B经过A的相似对角化可得到A经过B的相似对角化，则称A与B相似对角化。

3。

将矩阵的乘法表示成两个矩阵的乘法，这种矩阵乘法叫作线性变换。

也可以说，通过变换可以把一个矩阵的表示形式变成另一个矩阵的表示形式。

这种矩阵乘法称为线性运算。

线性运算按行(列)顺序进行运算，结果保持不变，但逆矩阵需进行反向运算。

3。

线性表示：把一个向量或一组向量映射成矩阵的乘积。

每个向量都用数值上最小的单位来度量，这种度量方法称为线性度量。

一个向量是线性表示的充分必要条件是该向量与所有其它向量线性相关，而且只有当该向量对应的矩阵的列向量线性无关时，这个向量才是线性表示的。

4。

线性表示的性质： 1)线性表示的两个向量必须线性无关； 2)两个线性表示之间的线性映射必须是可逆的； 3)线性表示之间的两个矩阵可以相等，即它们的行(列)逆阵必须相等； 4)如果两个线性表示是相似的，则它们的矩阵是相似对角化的。

5。

向量空间：定义：设a是实数集合C上的线性无关的，可测向量组成的集合，称a为X上的线性空间。

那么A就是线性空间X上的向量空间。

线性空间X上的线性变换是一个向量空间。

线性代数一、n 阶行列式 （一）n 阶行列式的定义设有n 2个数a ij （ i = 1 , 2 ， … ，n ；j ＝ 1 , 2 ,… ，n ），记号称为n 阶行列式。

行列式（ 1-8-1 ）也简记作 D n 或△（a ij ） 把ij a 所在的第i 行和第j 列划去，剩下一个n-1阶行列式M ij 称为 D n 的对应于元素 a ij 的余子式。

令A ij 称为 D n 的对应于元素 a ij 的代数余子式。

每个n 阶行列式都对应一个数，这个数称为该行列式的值。

记号（ 1-8-1 ）既表示行列式，又表示行列式的值。

行列式的值用数学归纳法定义为按此定义．即有 1 阶行列式2 阶行列式3 阶行列式计算 2 阶和 3 阶行列式的值时，有“对角线法则” : 2 阶行列式时，即把 a 11 － a 22的连线称主对角线， a 12 － a 21 的连线称次对角线。

主对角线上各元素的乘积冠， “ + ”号，次对角线上各元素的乘积冠“－”号，然后作代数和，所得结果即为 2 阶行列式的值。

3 阶行列式时，主对角线上各元素的乘积冠， “ + ”号，次对角线上各元素的乘积冠“－”号，然后作代数和，所得结果即为3阶行列式的值。

（二）行列式的性质2. 互换行列式中的两行（列），则行列式的值变号。

3.行列式中任一行（列）的元素与它对应的代数余子式的乘积之和等于行列式的值。

式（ 1-82 ）称为行列式按第 i 行展开公式和按第 j 列展开公式。

4.把行列式的某一行（列）的各元素乘以同一数然后加到另一行（列）的对应元素上，行列式的值不变。

例如以数 k 乘第 i 行加到第 j 行上，有5.行列式中如果有两行（列）的元素相同，则行列式的值为 0。

6.行列式中任一行（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0。

即7.以数 k 乘行列式的某一行（列）的所有元素，等于 k 乘这个行列式。

8.行列式中如果有两行（列）的元素对应成比例，则行列式的值为 0。

线性代数讲稿许茜使用教材：《线性代数》同济第四版第一章 行列式目标：1）理解行列式的定义与性质；掌握三阶行列式的对角线计算方法； 2）利用性质和展开定理会计算四阶行列式以及简单n 阶行列式。

3）掌握克拉默法则。

§1.1 全排列与逆序数 知识点：排列、逆序1、引例：用1、2、3三个数字，可以组成多少没有重复数字的三位数？ 思考：百位：可以从1、2、3中任选一个，所以有三种排法 十位：在百位数字确定的情况下，只有从剩下的两个数字中任选一个，所以有两种选法；如：百位为1，十位只能取2或3个位：在百位、十位数字都确定情况下，个位只有一种取法 所以，共有3×2×1=6种排法。

即：123，132， 213，231， 312，321 例1 互异元素n p p p ,,,21 构成的不同排列有 种？ 解 在n 个元素中任选1个放在第一位，有n 种取法 在剩余1-n 个元素中任选1个放在第二位，有1-n 种取法在剩余2-n 个元素中任选1个放在第三位，有2-n 种取法 ……………… ………… 在剩余2个元素中选取1个 2种取法 在剩余1个元素中选取1个 1种取法于是，n 个不同元素排成一排总共有n(n-1)(n-2) …2×1=!n 种排法2．标准排列：n 个不同的自然数从小到大构成的排列．n 个不同的元素按照某种约定次序构成的排列． （本讲义中指第一种定义） 3．逆序数：(1) 某两个数（元素）的先后次序与标准次序不同时, 称这两个数（元素） 之间有1个逆序．(2) 排列n j j j 21中逆序的总和称为排列的逆序数, 记作)(21n j j j t ． （3）逆序数的计算方法：例2 求排列32451中的逆序数解：3排在首位，前面没有比他大的数字，所以逆序数为0； 2前面比他大的数字有一个3，所以2的逆序数为1； 4前面没有比他大的数字，所以逆序数为0；5前面没有比他大的数字，所以逆序数为0；1前面比他大的数字有四个为3、2、4、5，所以逆序数为4； 所以 540010)32451(=++++==t ． 4．排列的奇偶性：排列n j j j 21 )(21n j j j t 奇数时, 称为奇排列；=)(21n j j j t 偶数时, 称为偶排列．例t(1324)=1奇数，所以排列1324为奇排列t(2431)=4 偶数，所以排列2431为偶排列。

章节题目第一章行列式内容提要重点分析难点分析习题布置 第一次作业 p26 4(2)(4) 5(1) 6(5) 第二次作业 p27 8(3)(4) 12备注§1.2 排列及其逆序数1．排列：n 个依次排列的元素．例如, 自然数1,2,3,4构成的不同排列有4!=24种． 1234, 1342, 1423, 1432, 1324, 1243 2134, 2341, 2413, 2431, 2314, 2143 3124, 3241, 3412, 3421, 3214, 3142 4123, 4231, 4312, 4321, 4213, 4132 例1 互异元素构成的不同排列有种． !n n p p p ,,,21L 解 在n 个元素中选取1个 种取法 n 1−n 在剩余个元素中选取1个 种取法 1−n 2−n 2−n 在剩余个元素中选取1个 种取法 ……………… ………… 在剩余2个元素中选取1个 2种取法 在剩余1个元素中选取1个 1种取法 ------------------ 总共种取法 !n2．标准排列：n 个不同的自然数从小到大构成的排列．n 个不同的元素按照某种约定次序构成的排列． 3．逆序数：1) 某两个数（元素）的先后次序与标准次序不同时, 称这两个数（元素）之间有1个逆序．2)排列中逆序的总和称为排列的逆序数, 记作n p p p L 21)(21n p p p L τ． i j < 算法：固定, 当时,),,2(n i L = 满足的“”的个数记作（称为的逆序数）, i p i τi j p p >j p 那么)(21n p p p L τn ττ++=L 2．例4 排列6372451中, 1462230172=+++++=++=τττL ． 例5 排列, 求逆序数． 42)22)(2)(12(13L L −−n n n 解 记作 n n n n n p p p p p p p 2122121−++L L 02=τ, 0,1=+n τL 1222×==+n τ, 2243×==+n τ, …, )1(22−×=n n τ)1()]1(21[2−=−+++=n n n L τ 4．奇偶性：排列n p p p L 21 =)(21n p p p L τ奇数时, 称为奇排列； =)(21n p p p L τ偶数时, 称为偶排列． 5．对换：相邻对换：n i i n i i p p p p p p p p L L L L 1111++→ 一般对换： n i j n j i p p p p p p p p L L L L L L 11→)(j i <定理1 排列经过1次对换, 其奇偶性改变． 证 先证相邻对换：(1) m l b b b a a a L L 11 (2)m l b b a b a a L L 11112+=t t ：对换后b a <增加1, 不变, 故； a τb τ112−=t t ：对换后b a >不变, 减少1, 故． a τb τ 所以与的奇偶性相反．2t 1t 再证一般对换：(1) n m l c c b b b a a a L L L 111 (2) n m l c c b a b b a a L L L 111 (3) n m l c c a b b b a a L L L 111 (1)→(2)经过m 次相邻对换 (2)→(3)经过次相邻对换1+m (1)→(3)经过次相邻对换, 所以与的奇偶性相反． 1t 12+m 3t 推论 奇排列→标准排列, 对换次数为奇数． 偶排列→标准排列, 对换次数为偶数．奇数次对换 n p p p n L L 2112→ 所以=)(21n p p p L τ奇数因此, 由(3)可得)()(2121)1()1(n n p p p q q q L L ττ−=− n n n n np p p p p p n q q q q q q a a a a a a L L L L 2121212121)(21)()1()1(ττ−=− 同理可证(1)中的项都是(2)中的项．。

线性代数试讲教案第一章：线性代数简介1.1 线性代数的定义与意义介绍线性代数的定义和基本概念解释线性代数在数学和实际应用中的重要性1.2 向量空间与线性映射介绍向量空间的概念和性质介绍线性映射的定义和性质1.3 矩阵与行列式介绍矩阵的定义和基本运算介绍行列式的定义和性质第二章：线性方程组2.1 线性方程组的定义介绍线性方程组的定义和基本概念解释线性方程组在实际应用中的重要性2.2 高斯消元法介绍高斯消元法的步骤和原理通过例子演示高斯消元法的应用2.3 矩阵的逆介绍矩阵的逆的定义和性质讲解如何通过矩阵的逆来解线性方程组第三章：线性变换3.1 线性变换的定义介绍线性变换的定义和基本概念解释线性变换在数学和实际应用中的重要性3.2 线性变换的矩阵表示介绍线性变换的矩阵表示方法解释如何通过矩阵来表示线性变换3.3 线性变换的性质介绍线性变换的性质和判定条件解释线性变换的奇偶性等概念第四章：特征值与特征向量4.1 特征值与特征向量的定义介绍特征值和特征向量的定义和基本概念解释特征值和特征向量在数学和实际应用中的重要性4.2 求解特征值和特征向量讲解如何求解矩阵的特征值和特征向量通过例子演示求解过程4.3 特征值和特征向量的应用介绍特征值和特征向量在解决问题中的应用解释特征值和特征向量在图像处理、物理等领域的作用第五章：二次型5.1 二次型的定义介绍二次型的定义和基本概念解释二次型在数学和实际应用中的重要性5.2 二次型的标准形介绍二次型的标准形的定义和性质讲解如何将一般二次型化为标准形5.3 二次型的判定定理介绍二次型的判定定理和性质解释二次型的正定性、负定性和不定性的概念第六章：线性空间与线性独立6.1 线性空间的定义与性质介绍线性空间的概念和基本性质解释线性空间在数学和实际应用中的重要性6.2 线性独立与基底介绍线性独立的概念和判定方法讲解如何找到线性空间的基底6.3 维度与秩介绍维度和秩的概念及其关系解释维度和秩在解决问题中的应用第七章：向量组的线性相关性7.1 向量组的线性相关性定义介绍向量组的线性相关性的概念和基本性质解释向量组的线性相关性在数学和实际应用中的重要性7.2 向量组的线性相关性的判定讲解如何判定向量组是否线性相关通过例子演示判定过程7.3 极大线性无关组与基底介绍极大线性无关组的概念和性质解释如何找到向量组的基底第八章：特征值与特征向量的应用8.1 特征值和特征向量的应用概述概述特征值和特征向量在数学和实际应用中的重要性解释特征值和特征向量在不同领域中的应用8.2 二次型与特征值讲解二次型与特征值的关系解释如何利用特征值和特征向量解决二次型问题8.3 线性变换与特征值介绍线性变换与特征值的关系解释如何利用特征值和特征向量研究线性变换第九章：二次型的几何意义9.1 二次型的几何意义概述概述二次型的几何意义及其在数学和实际应用中的重要性解释二次型与几何问题之间的关系9.2 二次型的标准形与几何形状讲解二次型的标准形与几何形状的关系解释如何通过标准形分析二次型的几何性质9.3 二次型的正定性及其应用介绍二次型的正定性的概念和性质解释二次型的正定性在几何中的应用第十章：线性代数在实际应用中的例子10.1 线性代数在工程中的应用介绍线性代数在工程领域中的应用例子解释线性代数在解决工程问题中的作用10.2 线性代数在计算机科学中的应用介绍线性代数在计算机科学领域中的应用例子解释线性代数在计算机图形学、机器学习等领域的应用10.3 线性代数在其他领域的应用介绍线性代数在其他领域中的应用例子解释线性代数在经济学、生物学等领域的应用第十一章：线性代数的进一步应用11.1 最小二乘法介绍最小二乘法的原理和应用解释如何利用线性代数中的矩阵和方程组解决最小二乘问题11.2 线性规划介绍线性规划的基本概念和解法解释如何将线性规划问题转化为线性代数问题求解11.3 控制理论介绍控制理论中的线性系统和状态空间表示解释线性代数在控制理论中的应用和意义第十二章：特征值和特征向量的进一步讨论12.1 特征值的扰动分析讲解特征值对参数变化的敏感性分析解释如何利用特征值分析线性系统的稳定性和动态行为12.2 特征向量的正交性介绍特征向量的正交性和施密特正交化方法解释特征向量正交性在几何和物理中的应用12.3 特征值和特征向量的谱理论介绍谱理论的基本概念和性质解释谱理论在数学物理中的重要性和应用第十三章：线性代数软件与应用13.1 MATLAB与线性代数介绍MATLAB软件在线性代数计算中的应用解释如何使用MATLAB进行矩阵运算和线性方程组求解13.2 Python与线性代数介绍Python语言在线性代数计算中的应用解释如何使用Python库（如NumPy）进行矩阵运算和线性代数问题求解13.3 线性代数在科学研究中的应用介绍线性代数在科学研究中的典型应用案例解释线性代数工具在数据分析、图像处理等领域的作用第十四章：线性代数的历史与发展14.1 线性代数的历史回顾回顾线性代数的发展历程和关键人物解释线性代数在数学发展中的地位和影响14.2 现代线性代数的研究方向介绍线性代数当前的研究热点和方向解释线性代数在现代数学和应用数学中的作用14.3 线性代数的未来展望探讨线性代数在未来可能的发展趋势解释线性代数在解决新兴问题和挑战中的潜力第十五章：综合练习与拓展阅读15.1 综合练习题提供一个线性代数综合练习题集解释如何通过练习题巩固线性代数知识和技能15.2 拓展阅读材料推荐线性代数相关的拓展阅读材料解释如何通过拓展阅读深入理解和研究线性代数15.3 线性代数的实际案例研究介绍线性代数在实际案例研究中的应用解释线性代数在解决复杂问题和创新发展中的作用重点和难点解析重点：1. 线性代数的基本概念和向量空间性质。

文档第一章 行列式本章说明与要求:行列式的理论是人们从解线性方程组的需要中建立和发展起来的，它在线性代数以及其他数学分支上都有着广泛的应用．在本章里我们主要讨论下面几个问题：(1) 行列式的定义；(2) 行列式的基本性质及计算方法；(3) 利用行列式求解线性方程组(克莱姆法则)．本章的重点是行列式的计算，要求在理解n 阶行列式的概念，掌握行列式性质的基础上，熟练正确地计算三阶、四阶及简单的n 阶行列式．计算行列式的基本思路是：按行(列)展开公式，通过降阶来计算．但在展开之前往往先利用行列式性质通过对行列式的恒等变形，使行列式中出现较多的零和公因式，从而简化计算．常用的行列式计算方法和技巧有：直接利用定义法，化三角形法，降阶法，递推法，数学归纳法，利用已知行列式法．行列式在本章的应用是求解线性方程组(克莱姆法则)．要掌握克莱姆法则并注意克莱姆法则应用的条件． 。

本章的重点：行列式性质；行列式的计算。

本章的难点：行列式性质；高阶行列式的计算；克莱姆法则。

1.1 二阶与三阶行列式行列式的概念起源于解线性方程组，它是从二元与三元线性方程组的解的公式引出来的．因此我们首先讨论解方程组的问题．设有二元线性方程组 ⎩⎨⎧=+=+22221211112111b x a x a b x a x a(1)用加减消元法容易求出未知量x 1，x 2的值，当a 11a 22 – a 12a 21≠0 时，有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=211222112112112211222112122211a a a a a b b a x a a a a b a a b x (2)这就是一般二元线性方程组的公式解．但这个公式很不好记忆，应用时不方便，因此，我们引进新的符号来表示(2)这个结果，这就是行列式的起源．我们称4个数组成的符号2112221122211211a a a a a a a a -=为二阶行列式．它含有两行，两列．横的叫行，纵的叫列．行列式中的数叫做行列式的元素．从上式知，二阶行列式是这样两项的代数和：一个是从左上角到右下角的对角线(又叫行列式的主对角线)上两个元素的乘积，取正号；另一个是从右上角到左下角的对角线(又叫次对角线)上两个元素的乘积，取负号．文档根据定义，容易得知(2) 中的两个分子可分别写成222121212221a b a b b a a b =-，221111211211b a b a a b b a =-，如果记 22211211a a a a D =，2221211a b a b D =，2211112b a b a D =则当D ≠0时，方程组(1) 的解(2)可以表示成2221121122212111a a a a a b a b DD x ==， 2221121122111122a a a ab a b a DD x ==， (3)象这样用行列式来表示解，形式简便整齐，便于记忆．首先(3) 中分母的行列式是从(1) 式中的系数按其原有的相对位置而排成的．分子中的行列式，x 1的分子是把系数行列式中的第1列换成(1)的常数项得到的，而x 2的分子则是把系数行列式的第2列换成常数项而得到的．例1 用二阶行列式解线性方程组 ⎩⎨⎧=+=+231422121x x x x解：这时 0214323142≠=⨯-⨯==D ， 5243132411-=⨯-⨯==D ，3112221122=⨯-⨯==D ， 因此，方程组的解是 2511-==D D x ，2322==D D x ，对于三元一次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++333323213123232221211313212111bx a x a x a b x a x a x a b x a x a x a (4)作类似的讨论，我们引入三阶行列式的概念．我们称符号312213332112322311322113312312332211333231232221131211a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a ---++= (5)为三阶行列式，它有三行三列，是六项的代数和．这六项的和也可用对角线法则来记忆：从左上角到右下角三个元素的乘积取正号，从右上角到左下角三个元素的乘积取负号．例2 532134212-1062012242301325)4(123223)4(211532=-+--+==⨯⨯-⨯-⨯-⨯⨯-⨯⨯-+⨯⨯+⨯⨯=文档令 333231232221131211a a a a a aa a a D =3332323222131211a a b a a b a a b D =，3333123221131112a b a a b a a b a D =， 3323122221112113b a a b a a b a a D =． 当 D ≠0时，(4)的解可简单地表示成D D x 11=，D Dx 22=，DD x 33= (6)它的结构与前面二元一次方程组的解类似．例3 解线性方程组 ⎪⎩⎪⎨⎧=-+=-+=+-423152302321321321x x x x x x x x x解：28231523112=---=D ，132345211101=---=D ，472415131022=--=D ，214311230123=-=D ．所以，281311==D D x ，284722==D D x ，43282133===D D x ． 例4 已知010100=-a bb a，问a ，b 应满足什么条件？(其中a ，b 均为实数)．解：2210100b a a b b a +=-，若要a 2+b 2=0，则a 与b 须同时等于零．因此，当a =0且b =0时给定行列式等于零．为了得到更为一般的线性方程组的求解公式，我们需要引入n 阶行列式的概念，为此，先介绍排列的有关知识．1.2 排列在n 阶行列式的定义中，要用到排列的某些知识，为此先介绍排列的一些基本知识． 定义1由数码1，2，…，n 组成一个有序数组称为一个n 级排列．例如，1234是一个4级排列，3412也是一个4级排列，而52341是一个5级排列．由数码1，2，3组成的所有3级排列为：123，132，213，231，312，321共有3!=6个．数字由小到大的n 级排列1234…n 称为自然序排列．定义2在一个n 级排列i 1i 2…i n 中，如果有较大的数 i t 排在较小的数 i s 的前面(i s <i t )， 则称i t 与i s 构成一个逆序，一个n 级排列中逆序的总数，称为这个排列的逆序数，记作N (i 1i 2…i n )．文档例如， 在4 级排列3412中， 31，32，41，42，各构成一个逆序数，所以，排列3412的逆序数为N (3412)=4．同样可计算排列52341的逆序数为N (52341)=7．容易看出， 自然序排列的逆序数为0．定义3 如果排列i 1i 2…i n 的逆序数N (i 1i 2…i n )是奇数，则称此排列为奇排列，逆序数是偶数的排列则称为偶排列．例如，排列3412是偶排列．排列52341是奇排列． 自然排列123…n 是偶排列．定义4 在一个n 级排列i 1…i s …i t …i n 中， 如果其中某两个数i s 与i t 对调位置，其余各数位置不变，就得到另一个新的n 级排列i 1…i t …i s …i n ，这样的变换称为一个对换，记作(i s ，i t )．如在排列3412中，将4与2对换， 得到新的排列3214． 并且我们看到：偶排列3412经过4与2的对换后，变成了奇排列3214． 反之，也可以说奇排列3214经过2与4的对换后，变成了偶排列3412．一般地，有以下定理：定理1 任一排列经过一次对换后，其奇偶性改变．定理2 在所有的n 级排列中(n ≥2)，奇排列与偶排列的个数相等，各为2!n 个．1.3 n 阶行列式本节我们从观察二阶、三阶行列式的特征入手．引出n 阶行列式的定义． 已知二阶与三阶行列式分别为2112221122211211a a a a a a a a -=111213212223112233122331132132112332122133132231313233a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a =++--- 其中元素a ij 的第一个下标i 表示这个元素位于第i 行，称为行标，第二个下标j 表示此元素位于第j 列，称为列标．我们可以从中发现以下规律：(1) 二阶行列式是2！项的代数和，三阶行列式是3！项的代数和；(2) 二阶行列式中每一项是两个元素的乘积，它们分别取自不同的行和不同的列，三阶行列式中的每一项是三个元素的乘积，它们也是取自不同的行和不同的列；(3) 每一项的符号是：当这一项中元素的行标是按自然序排列时，如果元素的列标为偶排列，则取正号；为奇排列，则取负号．作为二、三阶行列式的推广我们给出n 阶行列式的定义．定义1 由排成n 行n 列的n 2个元素a ij (i ，j =1，2，…，n )组成的符号nnn n nn a a a a a a a a a 212222111211文档称为n 阶行列式．它是n !项的代数和，每一项是取自不同行和不同列的n 个元素的乘积，各项的符号是：每一项中各元素的行标排成自然序排列，如果列标的排列为偶排列时，则取正号；为奇排列，则取负号．于是得nnn n nn a a a a a a a a a 212222111211＝∑n j j j 21n n nj j j j j j N a a a 212121)()1(- (1)其中∑nj j j 21表示对所有的n 级排列j 1j 2…j n 求和．(1)式称为n 阶行列式按行标自然顺序排列的展开式．)(21)1(n j j j N -n nj j j a a a 2121称为行列式的一般项．当n =2、3时，这样定义的二阶、三阶行列式与上面§1.1中用对角线法则定义的是一致的．当n =1时，一阶行列为|a 11|= a 11．如当n =4时，4阶行列式44342414434241333231232221131211a a a a a a a a a a a a a a a a ，表示4！=24项的代数和，因为取自不同行、不同列4个元素的乘积恰为4！项．根据n 阶行列式的定义，4阶行列式为44342414434241333231232221131211 a a a a a a a a a a a a a a a a ∑-４４４＝j j j j j j j j j j j N a a a a 213214321321)()1( 例如a 14a 23a 31a 42行标排列为1234，元素取自不同的行；列标排列为4312，元素取自不同的列，因为N (4312)=5，所以该项取负号，即–a 14a 23a 31a 42是上述行列式中的一项．为了熟悉n 阶行列式的定义，我们来看下面几个问题． 例1 在5阶行列式中，a 12a 23a 35a 41a 54这一项应取什么符号？解：这一项各元素的行标是按自然顺序排列的，而列标的排列为23514．因 N (23514)=4 故这一项应取正号．例2 写出4阶行列式中，带负号且包含因子a 11a 23的项． 解：包含因子a 11a 23项的一般形式为４４j j j j N a a a a 34332311)13()1(-，按定义，j 3可取2或4，j 4可取4或2，因此包含因子a 11a 23的项只能是a 11a 23a 32a 44或a 11a 23a 34a 42 ，但因 N (1324)=1为奇数，N (1342)=2为偶数 所以此项只能是 –a 11a 23a 32a 44．例3 计算行列式hg vu f e y x dc ba 0000文档解 这是一个四阶行列式，按行列式的定义，它应有4!=24项．但只有以下四项adeh ，adfg ，bceh ，bcfg 不为零．与这四项相对应得列标的4级排列分别为1234，1243，2134和2143，而N (1234)=0，N (1243)=1，N (2134)=1和N (2143)=2，所以第一项和第四项应取正号，第二项和第三项应取负号，即hg v u f e y x d c ba 0000= adeh –adfg –bceh +bcfg 例4 计算上三角形行列式 nnnn a a a a a a D 21221211 0=其中a ii ≠０ (i =1， 2，…， n )． 解：由n 阶行列式的定义，应有n !项，其一般项为n nj j j a a a 2121但由于D 中有许多元素为零，只需求出上述一切项中不为零的项即可．在D 中，第n 行元素除a nn 外，其余均为０．所以j n =n ；在第n –1行中，除a n–1n –1和a n –1n 外，其余元素都是零，因而j n –1只取n –1、n 这两个可能，又由于a nn 、a n –1n 位于同一列，而j n =n ．所以只有j n –1 = n –1．这样逐步往上推，不难看出，在展开式中只有a 11a 22…a nn 一项不等于零．而这项的列标所组成的排列的逆序数是N (12…n )=0故取正号．因此，由行列式的定义有nnnn a a a a a a D 21221211==a 11a 22…a nn 即上三角形行列式的值等于主对角线上各元素的乘积．同理可求得下三角形行列式nnn n a a a a a a021222111=a 11a 22…a nn 特别地，对角形行列式nna a a 0002211=a 11a 22…a nn 上(下)三角形行列式及对角形行列式的值，均等于主对角线上元素的乘积．例5 计算行列式0000001121n n n a a a -解 这个行列式除了a 1n a 2n –1…a n 1这一项外，其余项均为零，现在来看这一项的符号，列标的n 级排列为n (n –1)…21，N (n (n –1)…21)= (n –1)+ (n –2)+…+2+1=2)1(-⋅n n ，所以文档0000001121n n n a a a -=11212)1()1(n n n n n a a a ---同理可计算出000112222111211n n na a a a a a a -=nnnn n nn na a a a a a 112121000-- =11212)1()1(n n n n n a a a --- 由行列式的定义，行列式中的每一项都是取自不同的行不同的列的n 个元素的乘积，所以可得出：如果行列式有一行(列)的元素全为0，则该行列式等于0．在n 阶行列式中，为了决定每一项的正负号，我们把n 个元素的行标排成自然序排列，即n nj j j a a a 2121．事实上，数的乘法是满足交换律的，因而这n 个元素的次序是可以任意写的，一般地，n 阶行列式的项可以写成n n j i j i j i a a a 2211 其中i 1i 2…i n ，j 1 j 2…j n 是两个n 阶排列，它的符号由下面的定理来决定．1.4 行列式的性质当行列式的阶数较高时，直接根据定义计算n 阶行列式的值是困难的，本节将介绍行列式的性质，以便用这些性质把复杂的行列式转化为较简单的行列式(如上三角形行列式等)来计算．将行列式D 的行列互换后得到的行列式称为行列式D 的转置行列式，记作D T，即若nnn n n n a a a a a a a a a D212222111211=， 则nnnnn n T a a a a a a a a a D212221212111=．反之，行列式D 也是行列式D T的转置行列式，即行列式D 与行列式D T互为转置行列式．性质１ 行列式D 与它的转置行列式D T的值相等． 性质２ 交换行列式的两行(列)，行列式变号．例１ 计算行列式053704008000051753603924--=D 解：将第一、二行互换，第三、五行互换，得0504008053070392417536)1(2---=D文档推论 若行列式有两行(列)的对应元素相同，则此行列式的值等于零． 性质３ 行列式某一行(列)所有元素的公因子可以提到行列式符号的外面．即nnn n in i i n nnn n in i i n a a a a a a a a a k a a a ka ka ka a a a211111211211111211= 此性质也可表述为：用数k 乘行列式的某一行(列)的所有元素，等于用数k 乘此行列式． 推论：如果行列式中有两行(列)的对应元素成比例，则此行列式的值等于零．性质４ 如果行列式的某一行 (列)的各元素都是两个数的和，则此行列式等于两个相应的行列式的和，即nnn n in i i n nnn n in i i n nnn n in in i i i i n a a a c c c a a a a a a b b b a a a a a a c b c b c b a a a21211121121211121121221111211+=+++ 性质5 把行列式的某一行 (列)的所有元素乘以数k 加到另一行(列)的相应元素上，行列式的值不变．即nnn n sn s s in i i n a a a a a a a a a a a a D21212111211= nnn n snin s i s i in i i n a a a a ka a ka a ka a a a a a a2122112111211+++作为行列式性质的应用，我们来看下面几个例子．例2 计算行列式 3111131111311113=D 解：这个行列式的特点是各行４个数的和都是６，我们把第２、３、４各列同时加到第１列，把公因子提出，然后把第１行×(–1)加到第２、３、４行上就成为三角形行列式．具体计算如下：i 行×k 加 到第s 行文档例3 计算行列式0112012120112110-----=D 例4 试证明：011=++++=cb a d b a dc da cb dc b a D １１例5 计算n +1阶行列式 xa a a a x a a a a x a a a a xD n n n321212121=例6 解方程0)1(11111)2(111112111111111111=------x n xn x x例7 试证明奇数阶反对称行列式 000021212112=---=nnnna a a a a a D证：D 的转置行列式为00021212112n nnn Ta a a a a a D ---=，从D T中每一行提出一个公因子(–1)，于是有D a a a a a a D n nnnnnT )1(000)1(21212112-=----=，但由性质1知道D T =D文档∴ D =(–1)nD 又由n 为奇数，所以有D = –D ，即 2D =0， 因此 D =0．1.5 行列式按一行(列)展开本节我们要研究如何把较高阶的行列式转化为较低阶行列式的问题，从而得到计算行列式的另一种基本方法——降阶法．为此，先介绍代数余子式的概念．定义 在n 阶行列式中，划去元素a ij 所在的第i 行和第j 列后，余下的元素按原来的位置构成一个n –1阶行列式，称为元素a ij 的余子式，记作Ｍij ．元素a ij 的余子式Ｍij 前面添上符号(–1)i+j称为元素a ij 的代数余子式，记作A ij ．即A ij ＝(–1)i +jM ij ．例如：在四阶行列式44434241343332312423222114131211a a a a a a a a a a a a a a a a D =中a 23的余子式是M 23=444241343231141211a a a a a a a a a 而 A 23=(–1)2+3M 23= –444241343231141211a a a a a a a a a 是a 23的代数余子式． 定理１ n 阶行列式D 等于它的任意一行(列)的元素与其对应的代数余子式的乘积之和，即D =a i 1A i 1+a i 2A i 2+…+a in A in (i =1，2，…，n )或 D =a 1j A 1j +a 2j A 2j +…+a nj A nj (j=1，2，…，n )．定理２ n 阶行列式D 中某一行(列)的各元素与另一行(列)对应元素的代数余子式的乘积之和等于零，即：a i 1A s 1+a i 2A s 2+…+a in A sn =0 (i ≠s )或 a 1j A 1t +a 2j A 2t +…+a nj A nt =0 (j ≠t )．定理1表明，n 阶行列式可以用n –1阶行列式来表示，因此该定理又称行列式的降阶展开定理．利用它并结合行列式的性质，可以大大简化行列式的计算．计算行列式时，一般利用性质将某一行(列)化简为仅有一个非零元素，再按定理1展开，变为低一阶行列式，如此继续下去，直到将行列式化为三阶或二阶．这在行列式的计算中是一种常用的方法．例１ 计算行列式 5101242170131312-----=D文档例３ 计算yy x x D -+-+=1111111111111111，其中 xy ≠０．例４ 试证 ∏≤<≤-----=ni j j in nn n n n n a aa a a a a a a a a a a a 111312112232221321)(1111(1)式中左端叫范德蒙行列式．结论说明，n 阶范德蒙行列式之值等于a 1， a 2， …， a n ，这n 个数的所有可能的差a i –a j (1≤j<i ≤n )的乘积．例５ 计算n 阶行列式1232110000010000010000001n nn n n x x x D x a a a a a a x------=-+例6 证明22211211222112112221222112111211222112110000b b b b a a a a b b c c b b c c a a a a ⋅=（拉普拉斯展开） 本例题的结论对一般情况也是成立的，即mmm m mk m m mk kk k k k b b b c c c b b b c c c a a a a a a212111211112112111211000000mmm m m kk k k k b b b b b b a a a a a a21112112111211⋅=文档1.6 克莱姆法则前面我们已经介绍了n 阶行列式的定义和计算方法，作为行列式的应用，本节介绍用行列式解n 元线性方程组的方法——克莱姆法则．它是§１中二、三元线性方程组求解公式的推广．设含有n 个未知量n 个方程的线性方程组为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++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)它的系数a ij 构成的行列式 nnn n nna a a a a a a a a D212222111211=称为方程组(1)的系数行列式．定理１ (克莱姆法则) 如果线性方程组(1)的系数行列式D ≠０，则方程组(1)有唯一解：, , , ,2211DD x D Dx D D x n n ===(2) 其中D j (j=1，2，…，n ，)是D 中第j 列换成常数项b 1，b 2，…，b n ，其余各列不变而得到的行列式．这个法则包含着两个结论：方程组(1)有解，解唯一．下面分两步来证明． 第一步：在D ≠０的条件下，方程组(1)有解，我们将验证由(2)式给出的数组 , , ,21DD D D D D n 确实是方程组(1)的解．第二步：若方程组有解，必由(2)式给出，从而解是唯一的．例１ 解线性方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+--=-++-=+-+=+-+24664284333521234321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解：因为0172130011500011012312619012130011012314616284323521231≠=----=----=------=D所以方程组有唯一解，又,04626284323321211 ,34461228442353123121=-----=-=-----=D D852616484333521231 ,17421624432352113143=-----==---=D D ．文档即得唯一解：51785,11717 ,0170 ,217344321======-=-=x x x x ． 注意：用克莱姆法则解线性方程组时，必须满足两个条件：一是方程的个数与未知量的个数相等；二是系数行列式D ≠０．当方程组(1)中的常数项都等于０时，称为齐次线性方程组．即⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++000221122221211212111n nn n n nn n n x a x a x a x a x a x a x a x a x a称为齐次线性方程组．显然，齐次线性方程组(3)总是有解的，因为x 1=0， x 2=0，…， x n =0必定满足(3)，这组解称为零解，也就是说：齐次线性方程组必有零解．在解x 1=k 1， x 2=k 2，…， x n =k n 不全为零时，称这组解为方程组(3)的非零解． 定理2 如果齐次线性方程组(3)的系数行列式D ≠０，则它只有零解． 推论 如果齐次线性方程组(3)有非零解，那么它的系数行列式D ＝０．例2 若方程组：⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++02003213213211x bx x x bx x x x x a 只有零解，则a 、b 应取何值？解：由定理２知，当系数行列式D ≠０时，方程组只有零解，)1(1211111a b bb aD -==所以，当a ≠1且b ≠０时，方程组只有零解．第二章矩阵说明与要求:矩阵是一个表格，作为表格的运算与数的运算既有联系又有区别．要熟练掌握矩阵的加法、乘法与数量乘法的运算规则，并熟练掌握矩阵行列式的有关性质．线性方程组的一些重要性质都反映在它的系数矩阵和增广矩阵上，所以我们可以通过矩阵来求解线性方程组，通过矩阵来判断解的情况等．但是矩阵的应用不仅限于线性方程组，而是多方面的．因此矩阵在线性代数中是一个重要而且应用广泛的概念正确理解逆矩阵的概念，掌握逆矩阵的性质及矩阵可逆的充要条件．会用伴随矩阵求矩阵的逆．熟练掌握用初等变换求逆矩阵的方法．。

6. 伴随矩阵：n n ij a A ⨯=)(, A det 中元素ij a 的代数余子式为ij A ．⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=nn n n n n a a a a a a a a a A 212222111211， ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=nn nnn n A A A A A A A A A A 212221212111*重要性质：E A A A AA )det (**==7. 共轭矩阵：复矩阵n m ij a A ⨯=)(的共轭矩阵记作n m ij a A ⨯=)(． 算律：(1) B A B A +=+)( (2) A k A k =)( (3) B A B A =)( (4) H TT)()(A A A 记作==§2.3 逆矩阵定义：对于n n A ⨯, 若有n n B ⨯满足E BA AB ==, 则称A 为可逆矩阵, 且B 为A 的逆矩阵, 记作B A =-1． 定理1 若n n A ⨯为可逆矩阵, 则A 的逆矩阵唯一． 证 设B 与C 都是A 的逆矩阵, 则有 E BA AB ==, E CA AC == C EC C BA AC B BE B =====)()( 定理2 n n A ⨯为可逆矩阵0det ≠⇔A ；n n A ⨯为可逆矩阵*1d e t1A A A =⇒-． 证 必要性．已知1-A 存在，则有0det 1det det 11≠⇒=⇒=--A A A E AA 充分性．已知0det ≠A ，则有E A A A AA )(det **==E A AA A A A==⇒det det ** 由定义知A 为可逆矩阵，且*1det 1A AA =-．[注]0det ≠A 时, 亦称A 为非奇异矩阵； 0det =A 时, 亦称A 为奇异矩阵．推论1 对于n n A ⨯, 若有n n B ⨯满足E AB =, 则A 可逆, 且B A =-1． 证 E AB =⇒≠⇒=⇒0det 1det det A B A A 可逆B EB B A A AB A E A A =====----)()(1111推论2 对于n n A ⨯, 若有n n B ⨯满足E BA =, 则A 可逆, 且B A =-1． 算律：(1) A 可逆1-⇒A 可逆, 且A A =--11)(．对于1-A , 取A B =, 有E A A B A ==--11．(2) A 可逆, 0≠k kA ⇒可逆, 且111)(--=A k kA ．对于kA , 取11-=A k B , 有E AA A k kA B kA ===--11)1)(()(．(3) n n A ⨯与n n B ⨯都可逆AB ⇒可逆, 且111)(---=A B AB ． 对于AB , 取11--=A B C , 有E A BB A A B AB C AB ===----1111)())(()(． (4) A 可逆T A ⇒可逆, 且T 11T )()(--=A A ．对于T A , 取T 1)(-=A B , 有E A A A A B A ===--T 1T 1T T )()(． (5) A 可逆AA det 1det 1=⇒-． (6) n n A ⨯与n n B ⨯都可逆***)(A B AB =⇒．证 ][)]det )(det [()()](det [)(111*---==A B B A AB AB AB ])d e t [(1-=B B ])d e t [(1-A A **A B =负幂：A 可逆, 定义E A =0, ),2,1()(1 ==--k A A k k , 则有l k l k A A A +=, l k l k A A =)( (k ,l 为整数)例1 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=411112013A , ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--==-110312101455151*1A A例2 设n n A ⨯满足O E A A =--422, 求1)(-+E A ． 解 O E A A =--422E E A A =--⇒322E E A E A =-+⇒)3)((E A E A 3)(1-=+⇒- 应用：(1) n 阶线性方程组求解 b x A n n =⨯, b A x A 10det -=⇒≠ (2) 求线性变换的逆变换 x A y n n ⨯=, y A x A 10det -=⇒≠ (3) 矩阵方程求解 设m m A ⨯可逆, n n B ⨯可逆, 且n m C ⨯已知, 则 C AX =C A X 1-=⇒ C XB =1-=⇒CB X C AXB =11--=⇒CB A X例3 设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=612132015A , ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=530212C 满足X C AX 2+=, 求X ． 解 并项： C X E A =-)2( 计算：C E A X 1)2(--=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=5302121103121014551⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=111703例4 设⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---=111111111A 满足X A X A 21*+=-, 求X ． 解 并项： 1*)2(-=-A X E A 左乘A ： E X A E A =-]2)det [(计算： 4d e t =A11)2(21)24(---=-=A E A E X ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=10111001141密码问题：1→a , 2→b ,3→c , … ,26→z⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=210211321A , ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡----=-1111221101Aaction ：1, 3, 20, 9, 15, 14加密：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡4344672031A , ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡43528114159A发出∕接收密码：67, 44, 43, 81, 52, 43解密：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-20314344671A , ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-141594352811A明码：1, 3, 20, 9, 15, 14表示action§2.4 分块矩阵⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----=3000120001011101A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=22211211A A A A ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----=3000120001011101A []4321B B B B=用若干条横线与纵线将矩阵A 划分为若干个小矩阵, 称这些小矩阵 为A 的子矩阵, 以子矩阵为其元素的矩阵称为分块矩阵． 特点：同行上的子矩阵有相同的“行数”； 同列上的子矩阵有相同的“列数”．1. 加法：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⨯sr s r nm A A A A A 1111, ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⨯sr s r n m B B B B B 1111⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡++++=+sr sr s s r r B A B A B A B A B A 11111111 要求：A 与B 同阶, 且分块方式相同．2. 数乘：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⨯sr s r nm kA kA kA kA kA 11113. 乘法：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⨯st s t lm A A A A A 1111, ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⨯tr t r n l B B B B B 1111[]tj it j i tj j it i ij B A B A B B A A C ++=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡= 1111⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=sr s r C C C C AB 1111 要求：A 的列划分方式与B 的行划分方式相同．例1 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=1011012100100001A ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=E A O E 21 ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=0211140110210101B ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=222111B B E B ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++=222121112111B A B B A E B AB ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---=1311334210210101 4. 转置：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⨯sr s r nm A A A A A 1111, ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=T T 1T 1T 11Tsr r s A A A A A 特点：“大转”+“小转”5. 准对角矩阵：设1A ,2A ,s A , 都是方阵, 记⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==s s A A A A A A A2121),,,(d i a g性质：(1) )det ()(det )det (det 21s A A A A = (2) A 可逆),,2,1(s i A i =⇔可逆(3) ),,2,1(s i A i =可逆⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⇒----112111s A A A A例2 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=21120130005A O O A A ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡=---320110005112111A OO A A 例3 设m m A ⨯与n n B ⨯都可逆, m n C ⨯, ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=B C O A M , 求1-M ． 解 M B A M ⇒≠=0)det ()det (det 可逆⎥⎦⎤⎢⎣⎡=-43211X X X X M , ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡n mE OO E X X X X B C O A 4321⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+==nmE BX CX O BX CX O AX E AX 423121⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-===----14113211B X CA B X O X A X⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=----1111B CA B O A M课后作业：习题二 7 (1) (3) (5), 8 (2) (4), 10～14。

《线性代数》部分讲义（Word版）GCT 线性代数辅导第一讲行列式一. 行列式的定义● 一阶行列式定义为1111a a =● 二阶行列式定义为2112221122211211a a a a a a a a -=● 在n 阶行列式中，划去元素ij a 所在的第i 行第j 列，剩余元素构成1-n 阶行列式，称为元素ij a 的余子式，记作ij M ．● 令ij j i ij M A +-=)1(，称ij A 为ij a 的代数余子式．●n 阶行列式定义为n n nnn n nn A a A a A a a a a a a a a a a 1112121111212222111211+++=．二. 行列式的性质1.行列式中行列互换，其值不变．=333231232221131211a a a a a a a a a 332313322212312111a a a a a a a a a 2.行列式中两行对换，其值变号．=333231232221131211a a a a a a a a a –333231131211232221a a a a a a a a a 3.行列式中如果某行元素有公因子，可以将公因子提到行列式外．=333231232221131211a a a ka ka ka a a a 333231232221131211a a a a a a a a a k4.行列式中如果有一行每个元素都由两个数之和组成，行列式可以拆成两个行列式的和．=+++333231232322222121131211a a a b a b a b a a a a +333231232221131211a a a a a a a a a 333231232221131211a a a b b b a a a 由以上四条性质，还能推出下面几条性质5.行列式中如果有两行元素对应相等，则行列式的值为０．6.行列式中如果有两行元素对应成比例，则行列式的值为０．7.行列式中如果有一行元素全为０，则行列式的值为０．8.行列式中某行元素的k 倍加到另一行，其值不变．=333231232221131211a a a a a a a a a 133312321131232221131211ka a ka a ka a a a a a a a +++三.n 阶行列式展开性质nnn n nn a a a a a a a a a D212222111211= 等于它的任意一行的各元素与其对应代数余子式的乘积的和，即in in i i i i A a A a A a D +++= 2211 n i ,,2,1 = ● 按列展开定理nj nj j j j j A a A a A a D +++= 2211 n j ,,2,1 =●n 阶行列式D 的某一行的各元素与另一行对应元素的代数余子式的乘积的和等于零．即02211=+++jn in j i j i A a A a A a j i ≠ ● 按列展开的性质02211=+++nj ni j i j i A a A a A a j i ≠四.特殊行列式●nn nna a a a a a22112211=;()11212)1(11211n n n n n n n na a a a a a ----=● 上（下）三角行列式和上面的对角行列式的结果相同.五.计算行列式● 消零降阶法.● 消为特殊行列式（上（下）三角行列式或和对角行列式）..典型习题1. =3D xx x 121332=（）。

文档第一章 行列式本章说明与要求:行列式的理论是人们从解线性方程组的需要中建立和发展起来的，它在线性代数以及其他数学分支上都有着广泛的应用．在本章里我们主要讨论下面几个问题：(1) 行列式的定义；(2) 行列式的基本性质及计算方法；(3) 利用行列式求解线性方程组(克莱姆法则)．本章的重点是行列式的计算，要求在理解n 阶行列式的概念，掌握行列式性质的基础上，熟练正确地计算三阶、四阶及简单的n 阶行列式．计算行列式的基本思路是：按行(列)展开公式，通过降阶来计算．但在展开之前往往先利用行列式性质通过对行列式的恒等变形，使行列式中出现较多的零和公因式，从而简化计算．常用的行列式计算方法和技巧有：直接利用定义法，化三角形法，降阶法，递推法，数学归纳法，利用已知行列式法．行列式在本章的应用是求解线性方程组(克莱姆法则)．要掌握克莱姆法则并注意克莱姆法则应用的条件． 。

本章的重点：行列式性质；行列式的计算。

本章的难点：行列式性质；高阶行列式的计算；克莱姆法则。

1.1 二阶与三阶行列式行列式的概念起源于解线性方程组，它是从二元与三元线性方程组的解的公式引出来的．因此我们首先讨论解方程组的问题．设有二元线性方程组 ⎩⎨⎧=+=+22221211112111b x a x a b x a x a(1)用加减消元法容易求出未知量x 1，x 2的值，当a 11a 22 – a 12a 21≠0 时，有⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧--=--=211222112112112211222112122211a a a a a b b a x a a a a b a a b x (2)这就是一般二元线性方程组的公式解．但这个公式很不好记忆，应用时不方便，因此，我们引进新的符号来表示(2)这个结果，这就是行列式的起源．我们称4个数组成的符号2112221122211211a a a a a a a a -=为二阶行列式．它含有两行，两列．横的叫行，纵的叫列．行列式中的数叫做行列式的元素．从上式知，二阶行列式是这样两项的代数和：一个是从左上角到右下角的对角线(又叫行列式的主对角线)上两个元素的乘积，取正号；另一个是从右上角到左下角的对角线(又叫次对角线)上两个元素的乘积，取负号．文档根据定义，容易得知(2) 中的两个分子可分别写成222121212221a b a b b a a b =-，221111211211b a b a a b b a =-，如果记 22211211a a a a D =，2221211a b a b D =，2211112b a b a D =则当D ≠0时，方程组(1) 的解(2)可以表示成2221121122212111a a a a a b a b DD x ==， 2221121122111122a a a ab a b a DD x ==， (3)象这样用行列式来表示解，形式简便整齐，便于记忆．首先(3) 中分母的行列式是从(1) 式中的系数按其原有的相对位置而排成的．分子中的行列式，x 1的分子是把系数行列式中的第1列换成(1)的常数项得到的，而x 2的分子则是把系数行列式的第2列换成常数项而得到的．例1 用二阶行列式解线性方程组 ⎩⎨⎧=+=+231422121x x x x解：这时 0214323142≠=⨯-⨯==D ， 5243132411-=⨯-⨯==D ，3112221122=⨯-⨯==D ， 因此，方程组的解是 2511-==D D x ，2322==D D x ，对于三元一次线性方程组⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++333323213123232221211313212111bx a x a x a b x a x a x a b x a x a x a (4)作类似的讨论，我们引入三阶行列式的概念．我们称符号312213332112322311322113312312332211333231232221131211a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a ---++= (5)为三阶行列式，它有三行三列，是六项的代数和．这六项的和也可用对角线法则来记忆：从左上角到右下角三个元素的乘积取正号，从右上角到左下角三个元素的乘积取负号．例2 532134212-1062012242301325)4(123223)4(211532=-+--+==⨯⨯-⨯-⨯-⨯⨯-⨯⨯-+⨯⨯+⨯⨯=文档令 333231232221131211a a a a a aa a a D =3332323222131211a a b a a b a a b D =，3333123221131112a b a a b a a b a D =， 3323122221112113b a a b a a b a a D =． 当 D ≠0时，(4)的解可简单地表示成D D x 11=，D Dx 22=，DD x 33= (6)它的结构与前面二元一次方程组的解类似．例3 解线性方程组 ⎪⎩⎪⎨⎧=-+=-+=+-423152302321321321x x x x x x x x x解：28231523112=---=D ，132345211101=---=D ，472415131022=--=D ，214311230123=-=D ．所以，281311==D D x ，284722==D D x ，43282133===D D x ． 例4 已知010100=-a bb a，问a ，b 应满足什么条件？(其中a ，b 均为实数)．解：2210100b a a b b a +=-，若要a 2+b 2=0，则a 与b 须同时等于零．因此，当a =0且b =0时给定行列式等于零．为了得到更为一般的线性方程组的求解公式，我们需要引入n 阶行列式的概念，为此，先介绍排列的有关知识．1.2 排列在n 阶行列式的定义中，要用到排列的某些知识，为此先介绍排列的一些基本知识． 定义1由数码1，2，…，n 组成一个有序数组称为一个n 级排列．例如，1234是一个4级排列，3412也是一个4级排列，而52341是一个5级排列．由数码1，2，3组成的所有3级排列为：123，132，213，231，312，321共有3!=6个．数字由小到大的n 级排列1234…n 称为自然序排列．定义2在一个n 级排列i 1i 2…i n 中，如果有较大的数 i t 排在较小的数 i s 的前面(i s <i t )， 则称i t 与i s 构成一个逆序，一个n 级排列中逆序的总数，称为这个排列的逆序数，记作N (i 1i 2…i n )．文档例如， 在4 级排列3412中， 31，32，41，42，各构成一个逆序数，所以，排列3412的逆序数为N (3412)=4．同样可计算排列52341的逆序数为N (52341)=7．容易看出， 自然序排列的逆序数为0．定义3 如果排列i 1i 2…i n 的逆序数N (i 1i 2…i n )是奇数，则称此排列为奇排列，逆序数是偶数的排列则称为偶排列．例如，排列3412是偶排列．排列52341是奇排列． 自然排列123…n 是偶排列．定义4 在一个n 级排列i 1…i s …i t …i n 中， 如果其中某两个数i s 与i t 对调位置，其余各数位置不变，就得到另一个新的n 级排列i 1…i t …i s …i n ，这样的变换称为一个对换，记作(i s ，i t )．如在排列3412中，将4与2对换， 得到新的排列3214． 并且我们看到：偶排列3412经过4与2的对换后，变成了奇排列3214． 反之，也可以说奇排列3214经过2与4的对换后，变成了偶排列3412．一般地，有以下定理：定理1 任一排列经过一次对换后，其奇偶性改变．定理2 在所有的n 级排列中(n ≥2)，奇排列与偶排列的个数相等，各为2!n 个．1.3 n 阶行列式本节我们从观察二阶、三阶行列式的特征入手．引出n 阶行列式的定义． 已知二阶与三阶行列式分别为2112221122211211a a a a a a a a -=111213212223112233122331132132112332122133132231313233a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a =++--- 其中元素a ij 的第一个下标i 表示这个元素位于第i 行，称为行标，第二个下标j 表示此元素位于第j 列，称为列标．我们可以从中发现以下规律：(1) 二阶行列式是2！项的代数和，三阶行列式是3！项的代数和；(2) 二阶行列式中每一项是两个元素的乘积，它们分别取自不同的行和不同的列，三阶行列式中的每一项是三个元素的乘积，它们也是取自不同的行和不同的列；(3) 每一项的符号是：当这一项中元素的行标是按自然序排列时，如果元素的列标为偶排列，则取正号；为奇排列，则取负号．作为二、三阶行列式的推广我们给出n 阶行列式的定义．定义1 由排成n 行n 列的n 2个元素a ij (i ，j =1，2，…，n )组成的符号nnn n nn a a a a a a a a a 212222111211文档称为n 阶行列式．它是n !项的代数和，每一项是取自不同行和不同列的n 个元素的乘积，各项的符号是：每一项中各元素的行标排成自然序排列，如果列标的排列为偶排列时，则取正号；为奇排列，则取负号．于是得nnn n nn a a a a a a a a a 212222111211＝∑n j j j 21n n nj j j j j j N a a a 212121)()1(- (1)其中∑nj j j 21表示对所有的n 级排列j 1j 2…j n 求和．(1)式称为n 阶行列式按行标自然顺序排列的展开式．)(21)1(n j j j N -n nj j j a a a 2121称为行列式的一般项．当n =2、3时，这样定义的二阶、三阶行列式与上面§1.1中用对角线法则定义的是一致的．当n =1时，一阶行列为|a 11|= a 11．如当n =4时，4阶行列式44342414434241333231232221131211a a a a a a a a a a a a a a a a ，表示4！=24项的代数和，因为取自不同行、不同列4个元素的乘积恰为4！项．根据n 阶行列式的定义，4阶行列式为44342414434241333231232221131211 a a a a a a a a a a a a a a a a ∑-４４４＝j j j j j j j j j j j N a a a a 213214321321)()1( 例如a 14a 23a 31a 42行标排列为1234，元素取自不同的行；列标排列为4312，元素取自不同的列，因为N (4312)=5，所以该项取负号，即–a 14a 23a 31a 42是上述行列式中的一项．为了熟悉n 阶行列式的定义，我们来看下面几个问题． 例1 在5阶行列式中，a 12a 23a 35a 41a 54这一项应取什么符号？解：这一项各元素的行标是按自然顺序排列的，而列标的排列为23514．因 N (23514)=4 故这一项应取正号．例2 写出4阶行列式中，带负号且包含因子a 11a 23的项． 解：包含因子a 11a 23项的一般形式为４４j j j j N a a a a 34332311)13()1(-，按定义，j 3可取2或4，j 4可取4或2，因此包含因子a 11a 23的项只能是a 11a 23a 32a 44或a 11a 23a 34a 42 ，但因 N (1324)=1为奇数，N (1342)=2为偶数 所以此项只能是 –a 11a 23a 32a 44．例3 计算行列式hg vu f e y x dc ba 0000文档解 这是一个四阶行列式，按行列式的定义，它应有4!=24项．但只有以下四项adeh ，adfg ，bceh ，bcfg 不为零．与这四项相对应得列标的4级排列分别为1234，1243，2134和2143，而N (1234)=0，N (1243)=1，N (2134)=1和N (2143)=2，所以第一项和第四项应取正号，第二项和第三项应取负号，即hg v u f e y x d c ba 0000= adeh –adfg –bceh +bcfg 例4 计算上三角形行列式 nnnn a a a a a a D 21221211 0=其中a ii ≠０ (i =1， 2，…， n )． 解：由n 阶行列式的定义，应有n !项，其一般项为n nj j j a a a 2121但由于D 中有许多元素为零，只需求出上述一切项中不为零的项即可．在D 中，第n 行元素除a nn 外，其余均为０．所以j n =n ；在第n –1行中，除a n–1n –1和a n –1n 外，其余元素都是零，因而j n –1只取n –1、n 这两个可能，又由于a nn 、a n –1n 位于同一列，而j n =n ．所以只有j n –1 = n –1．这样逐步往上推，不难看出，在展开式中只有a 11a 22…a nn 一项不等于零．而这项的列标所组成的排列的逆序数是N (12…n )=0故取正号．因此，由行列式的定义有nnnn a a a a a a D 21221211==a 11a 22…a nn 即上三角形行列式的值等于主对角线上各元素的乘积．同理可求得下三角形行列式nnn n a a a a a a021222111=a 11a 22…a nn 特别地，对角形行列式nna a a 0002211=a 11a 22…a nn 上(下)三角形行列式及对角形行列式的值，均等于主对角线上元素的乘积．例5 计算行列式0000001121n n n a a a -解 这个行列式除了a 1n a 2n –1…a n 1这一项外，其余项均为零，现在来看这一项的符号，列标的n 级排列为n (n –1)…21，N (n (n –1)…21)= (n –1)+ (n –2)+…+2+1=2)1(-⋅n n ，所以文档0000001121n n n a a a -=11212)1()1(n n n n n a a a ---同理可计算出000112222111211n n na a a a a a a -=nnnn n nn na a a a a a 112121000-- =11212)1()1(n n n n n a a a --- 由行列式的定义，行列式中的每一项都是取自不同的行不同的列的n 个元素的乘积，所以可得出：如果行列式有一行(列)的元素全为0，则该行列式等于0．在n 阶行列式中，为了决定每一项的正负号，我们把n 个元素的行标排成自然序排列，即n nj j j a a a 2121．事实上，数的乘法是满足交换律的，因而这n 个元素的次序是可以任意写的，一般地，n 阶行列式的项可以写成n n j i j i j i a a a 2211 其中i 1i 2…i n ，j 1 j 2…j n 是两个n 阶排列，它的符号由下面的定理来决定．1.4 行列式的性质当行列式的阶数较高时，直接根据定义计算n 阶行列式的值是困难的，本节将介绍行列式的性质，以便用这些性质把复杂的行列式转化为较简单的行列式(如上三角形行列式等)来计算．将行列式D 的行列互换后得到的行列式称为行列式D 的转置行列式，记作D T，即若nnn n n n a a a a a a a a a D212222111211=， 则nnnnn n T a a a a a a a a a D212221212111=．反之，行列式D 也是行列式D T的转置行列式，即行列式D 与行列式D T互为转置行列式．性质１ 行列式D 与它的转置行列式D T的值相等． 性质２ 交换行列式的两行(列)，行列式变号．例１ 计算行列式053704008000051753603924--=D 解：将第一、二行互换，第三、五行互换，得0504008053070392417536)1(2---=D文档推论 若行列式有两行(列)的对应元素相同，则此行列式的值等于零． 性质３ 行列式某一行(列)所有元素的公因子可以提到行列式符号的外面．即nnn n in i i n nnn n in i i n a a a a a a a a a k a a a ka ka ka a a a211111211211111211= 此性质也可表述为：用数k 乘行列式的某一行(列)的所有元素，等于用数k 乘此行列式． 推论：如果行列式中有两行(列)的对应元素成比例，则此行列式的值等于零．性质４ 如果行列式的某一行 (列)的各元素都是两个数的和，则此行列式等于两个相应的行列式的和，即nnn n in i i n nnn n in i i n nnn n in in i i i i n a a a c c c a a a a a a b b b a a a a a a c b c b c b a a a21211121121211121121221111211+=+++ 性质5 把行列式的某一行 (列)的所有元素乘以数k 加到另一行(列)的相应元素上，行列式的值不变．即nnn n sn s s in i i n a a a a a a a a a a a a D21212111211= nnn n snin s i s i in i i n a a a a ka a ka a ka a a a a a a2122112111211+++作为行列式性质的应用，我们来看下面几个例子．例2 计算行列式 3111131111311113=D 解：这个行列式的特点是各行４个数的和都是６，我们把第２、３、４各列同时加到第１列，把公因子提出，然后把第１行×(–1)加到第２、３、４行上就成为三角形行列式．具体计算如下：i 行×k 加 到第s 行文档例3 计算行列式0112012120112110-----=D 例4 试证明：011=++++=cb a d b a dc da cb dc b a D １１例5 计算n +1阶行列式 xa a a a x a a a a x a a a a xD n n n321212121=例6 解方程0)1(11111)2(111112111111111111=------x n xn x x例7 试证明奇数阶反对称行列式 000021212112=---=nnnna a a a a a D证：D 的转置行列式为00021212112n nnn Ta a a a a a D ---=，从D T中每一行提出一个公因子(–1)，于是有D a a a a a a D n nnnnnT )1(000)1(21212112-=----=，但由性质1知道D T =D文档∴ D =(–1)nD 又由n 为奇数，所以有D = –D ，即 2D =0， 因此 D =0．1.5 行列式按一行(列)展开本节我们要研究如何把较高阶的行列式转化为较低阶行列式的问题，从而得到计算行列式的另一种基本方法——降阶法．为此，先介绍代数余子式的概念．定义 在n 阶行列式中，划去元素a ij 所在的第i 行和第j 列后，余下的元素按原来的位置构成一个n –1阶行列式，称为元素a ij 的余子式，记作Ｍij ．元素a ij 的余子式Ｍij 前面添上符号(–1)i+j称为元素a ij 的代数余子式，记作A ij ．即A ij ＝(–1)i +jM ij ．例如：在四阶行列式44434241343332312423222114131211a a a a a a a a a a a a a a a a D =中a 23的余子式是M 23=444241343231141211a a a a a a a a a 而 A 23=(–1)2+3M 23= –444241343231141211a a a a a a a a a 是a 23的代数余子式． 定理１ n 阶行列式D 等于它的任意一行(列)的元素与其对应的代数余子式的乘积之和，即D =a i 1A i 1+a i 2A i 2+…+a in A in (i =1，2，…，n )或 D =a 1j A 1j +a 2j A 2j +…+a nj A nj (j=1，2，…，n )．定理２ n 阶行列式D 中某一行(列)的各元素与另一行(列)对应元素的代数余子式的乘积之和等于零，即：a i 1A s 1+a i 2A s 2+…+a in A sn =0 (i ≠s )或 a 1j A 1t +a 2j A 2t +…+a nj A nt =0 (j ≠t )．定理1表明，n 阶行列式可以用n –1阶行列式来表示，因此该定理又称行列式的降阶展开定理．利用它并结合行列式的性质，可以大大简化行列式的计算．计算行列式时，一般利用性质将某一行(列)化简为仅有一个非零元素，再按定理1展开，变为低一阶行列式，如此继续下去，直到将行列式化为三阶或二阶．这在行列式的计算中是一种常用的方法．例１ 计算行列式 5101242170131312-----=D文档例３ 计算yy x x D -+-+=1111111111111111，其中 xy ≠０．例４ 试证 ∏≤<≤-----=ni j j in nn n n n n a aa a a a a a a a a a a a 111312112232221321)(1111(1)式中左端叫范德蒙行列式．结论说明，n 阶范德蒙行列式之值等于a 1， a 2， …， a n ，这n 个数的所有可能的差a i –a j (1≤j<i ≤n )的乘积．例５ 计算n 阶行列式1232110000010000010000001n nn n n x x x D x a a a a a a x------=-+例6 证明22211211222112112221222112111211222112110000b b b b a a a a b b c c b b c c a a a a ⋅=（拉普拉斯展开） 本例题的结论对一般情况也是成立的，即mmm m mk m m mk kk k k k b b b c c c b b b c c c a a a a a a212111211112112111211000000mmm m m kk k k k b b b b b b a a a a a a21112112111211⋅=文档1.6 克莱姆法则前面我们已经介绍了n 阶行列式的定义和计算方法，作为行列式的应用，本节介绍用行列式解n 元线性方程组的方法——克莱姆法则．它是§１中二、三元线性方程组求解公式的推广．设含有n 个未知量n 个方程的线性方程组为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++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)它的系数a ij 构成的行列式 nnn n nna a a a a a a a a D212222111211=称为方程组(1)的系数行列式．定理１ (克莱姆法则) 如果线性方程组(1)的系数行列式D ≠０，则方程组(1)有唯一解：, , , ,2211DD x D Dx D D x n n ===(2) 其中D j (j=1，2，…，n ，)是D 中第j 列换成常数项b 1，b 2，…，b n ，其余各列不变而得到的行列式．这个法则包含着两个结论：方程组(1)有解，解唯一．下面分两步来证明． 第一步：在D ≠０的条件下，方程组(1)有解，我们将验证由(2)式给出的数组 , , ,21DD D D D D n 确实是方程组(1)的解．第二步：若方程组有解，必由(2)式给出，从而解是唯一的．例１ 解线性方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+--=-++-=+-+=+-+24664284333521234321432143214321x x x x x x x x x x x x x x x x解：因为0172130011500011012312619012130011012314616284323521231≠=----=----=------=D所以方程组有唯一解，又,04626284323321211 ,34461228442353123121=-----=-=-----=D D852616484333521231 ,17421624432352113143=-----==---=D D ．文档即得唯一解：51785,11717 ,0170 ,217344321======-=-=x x x x ． 注意：用克莱姆法则解线性方程组时，必须满足两个条件：一是方程的个数与未知量的个数相等；二是系数行列式D ≠０．当方程组(1)中的常数项都等于０时，称为齐次线性方程组．即⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++000221122221211212111n nn n n nn n n x a x a x a x a x a x a x a x a x a称为齐次线性方程组．显然，齐次线性方程组(3)总是有解的，因为x 1=0， x 2=0，…， x n =0必定满足(3)，这组解称为零解，也就是说：齐次线性方程组必有零解．在解x 1=k 1， x 2=k 2，…， x n =k n 不全为零时，称这组解为方程组(3)的非零解． 定理2 如果齐次线性方程组(3)的系数行列式D ≠０，则它只有零解． 推论 如果齐次线性方程组(3)有非零解，那么它的系数行列式D ＝０．例2 若方程组：⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++02003213213211x bx x x bx x x x x a 只有零解，则a 、b 应取何值？解：由定理２知，当系数行列式D ≠０时，方程组只有零解，)1(1211111a b bb aD -==所以，当a ≠1且b ≠０时，方程组只有零解．第二章矩阵说明与要求:矩阵是一个表格，作为表格的运算与数的运算既有联系又有区别．要熟练掌握矩阵的加法、乘法与数量乘法的运算规则，并熟练掌握矩阵行列式的有关性质．线性方程组的一些重要性质都反映在它的系数矩阵和增广矩阵上，所以我们可以通过矩阵来求解线性方程组，通过矩阵来判断解的情况等．但是矩阵的应用不仅限于线性方程组，而是多方面的．因此矩阵在线性代数中是一个重要而且应用广泛的概念正确理解逆矩阵的概念，掌握逆矩阵的性质及矩阵可逆的充要条件．会用伴随矩阵求矩阵的逆．熟练掌握用初等变换求逆矩阵的方法．。

线性代数讲稿
线性代数是一门重要的数学课程，其目标は、数学理论和工程实际之间的联系，以及应用线性代数技术去解决实际问题。

线性代数研究矩阵、线性方程和向量空间，对它们的运算和应用进行研究和分析。

矩阵是一种表示数据、运算和关系的重要工具，是线性代数研究的核心内容。

线性方程是线性代数的基础，讨论变量之间的关系。

向量空间则正是研究向量的性质和性质的重要领域，广泛应用于工程数学中。

线性代数的应用广泛。

矩阵可以用来解决许多数学问题，例如系统方程，最优
化问题等，大量的工程问题可以用线性代数的方法来解决。

向量空间的应用还可以帮助我们更好地理解物理现象，研究物体之间的运动和变形。

线性代数还广泛用于机器学习和人工智能等领域，帮助我们建立模型，分析和
解决复杂的实际问题。

线性代数是一门重要的数学课程，其学习非常重要。

它不仅能帮助我们学会分
析和处理复杂的现实问题，而且还可以为进一步的数学学习打下坚实的基础。