排列与逆序行列式的定义
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第一章行列式第一节 排列及其逆序数�引言�排列与逆序数一、引言我们在中学曾经学习过求解二元一次线性方程组⎩⎨⎧=+=+2221212111c x b x a c x b x a (1) 当两个方程的未知数系数不成比例,即 2121b b a a ≠时,我们有.b a b ac a c a x ,b a b ac b c b x 122112212122121121−−=−−=(2)为方便记忆,我们引入二阶行列式bc ad db ca −=(3)则(2)可以表示为.b a b ac a c a x ,b a b a b c b c x 221122112221122111==(4)即当(1)的系数行列式0b a b a 2211≠时, (1)的解可以用二阶行列式表示为(4)。
用高斯消元法,对三元一次线性方程组,333323213123232221211313212111⎪⎩⎪⎨⎧=++=++=++b x a x a x a b x a x a x a b x a x a x a (5)我们也可以得到类似的结果。
即如果引入三阶行列式,c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c c 322311332112312213322113312312332211333231232221131211−−−++=(6)则当(5)的系数行列式0a a a a a a a a a D 333231232221131211≠=(7)时,方程组(5)的解可以用三阶行列式表示为.a a a a a a a a a b a a b a a b a a x ,a a a a a a a a a a b a a b a a b a x ,a a a a a a a a a a a b a a b a a b x 333231232221131211332312222111211333323123222113121133331232211311123332312322211312113332323222131211===(8)对于n 元一次方程组,是否也有类似于上述(4)、(8)的结果呢?这就是本章要回答的问题。
第一章 行列式 ∙ 要点和公式 ∙1 全排列及其逆序数、对换排列的逆序数=各元素的逆序数之和.(一个元素的逆序数是指排在其前面并且大于它的元素个数) n 个元素所有排列的种数P n =n!,其中奇、偶排列各占一半。
一次对换改变排列的奇偶性。
奇排列 ⇔ 调成标准排列需要的对换次数为奇数.偶排列 ⇔ 调成标准排列需要的对换次数为偶数.2 行列式的定义n 阶行列式的定义:det(a ij )=nnn n n n a a a a a a a a a 212222111211∑+-=nn q p q p q p t t a a a 221121)1(其中,行标p 1,p 2,…,p n 取一个特定的n 元排列;列标q 1,q 2,…,q n 取所有可能的n 元排列.或者,列标q 1,q 2,…,q n 取一个特定的n 元排列;行标p 1,p 2,…,p n 取所有可能的n 元排列.t 1, t 2分别是行标排列和列标排列的逆序数∑ 表示对所有可能性求和. 特别是,(1) 当行标排列取成标准排列时,det(a ij )∑-=nnq q q t a a a 2121)1(其中,t 是列标排列的逆序数. (2) 当行标排列取成标准排列时,det(a ij )∑-=n p p p t na a a 2121)1(其中,t 是行标排列的逆序数.特殊行列式① 对角行列式 / 上三角行列式 / 下三角行列式nnλλλλλλ2121=(1-1)nnnnn n nn n n a a a a a a a a a a a a a a a22112122121122212111==(1-2)② 副对角行列式 / 其它三角形行列式 nn n nλλλλλλ212)1(21)1(--=(1-3)11,212)1(1,121,2111,22111,111)1(n n n n n nnn n n nn nn n n n a a a a a a a a a a a a a a a-------==(1-4)3 行列式的性质 行列式的性质: ⑴ D=D T⑵⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⇒++⨯⇒⨯⨯⇒↔↔不变符号外面的公因子可提到行列式列行列式某行或反号D kc c kr r k D k c k r D c c r r j i j i i i j i j i )( ])(,[ )( )(⑶ 以下都是行列式等于零的充分条件: ①两行(列)完全相同;②某一行(列)的元素全为零;③两(列)的元素对应成比例.⑷ 若行列式的某一行(列)元素都是两数之和,则行列式可分解为两个行列式之和. 重要的行列式计算方法:⑴ 化为三角形行列式 (基本方法)⑵ 分块法①分块对角行列式 / 分块上三角行列式 / 分块下三角行列式B A BOA B O A B O O A ⋅===** (1-5) ②分块副对角行列式 / 其它分块三角形B A BAOO B A O B A O km ⋅-===)1(** (1-6)注意,以上两式中,A,B 分别是k ⨯k 和m ⨯m 的正方形数表.⑶ 拆分法 4 行列式按行(列)展开法则余子式M ij 和代数余子式A ij 的概念改变行列式的某一行(列)元素,不会改变这些元素的余子式和代数余子式.行列式按行(列)展开法则按行ij nk jk ik D A a δ=∑=1,或按列ij nk kj ki D A a δ=∑=1(i=1,2,…,n)(其中D 是行列式的值,⎩⎨⎧≠==ji j i ij ,0 ,1δ)重要的行列式的计算方法:⑴ 降阶展开法 (基本方法) ⑵ 递推法和数学归纳法⑶ 范德蒙德行列式法 ∏≤<≤-----=nn i j j i n nn n n n nx x x x x x x x x x x x x x 111312112232221321)(1111(1-7)5 克拉默法则和有关定理 克拉默法则: 对于n 个变量n 个方程的线性方程组⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++.22112222212*********n n 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 简记为i n j j ij b x a =∑=1 (i=1,2,…,n)若系数行列式D ≠0,则方程组有唯一解:DD x jj = (i=1,2,…,n) 其中D j 是用方程组的常数项b 1, b 2, …, b n 替换系数行列式D 的第j 列得到的行列式。
02. 行列式的定义与性质一、完全展开式定义2.1 n 阶排列12n j j j共有!n 个n 阶排列.定义2.2 逆(顺)序、逆序数12()n j j j τ;奇排列、偶排列 顺序数为12(1)/2()n n n j j j - -τ.例2.1 1)(564312)4432013=++++=τ,所以564312为奇排列. 2)三阶排列及其逆序数、奇偶性如下表:123123123()123231312132213321()022113(1)111111j j j j j j j j j -+++---ττ 三阶行列式123123123111213212223112233122331132132112332122133132231313233()1233(1).j j j j j j j j j 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 a a a a =++---=-∑为阶排列τ3)标准排列12n 为偶排列.4)2(21)C (1)/2n n n n ==- τ. 所以,当2,3,6,7,10,11,n = 时,21n 为奇排列;当4,5,8,9,12,13,n = 时,21n 为偶排列.定义2.3 n 阶(方阵的)行列式有完全展开式1212121112121222()1212(1)n n n nn j j j j j nj j j j n n n nna a a a a a a a a a a a =-∑为阶排列τ.矩阵与行列式的区别例2.2 1)下(上)三角(矩阵的)行列式11111122212222(12)1122121122(1).OOn n n nnn n nnnnnn a a a a a a a a a a a a a a a a a a ==-=τ2)对角(矩阵的)行列式 1212|diag(,,,)|n n a a a a a a = . 特别地,有|diag(1,1,,1)|1= .(行列式的规范性) 例2.3 次下(上)三角(矩阵的)行列式11,11112,122,121(21)12,11,111(1)OOn n nn n n n n n n n n nnn n a a a a a a a a a a a a a a a -----==-τ(1)/212,11(1)n n n n n a a a --=- .例2.4 设[]A ij n n a ⨯=的主对角元均为奇数,其他元素均为偶数,求证||0A ≠.二、基本性质变形性质、等于零的性质n 阶行列式就是n 阶方阵的规范的、对行(列)有交错性和多重线性的函数.(——行列式的公理化定义)例2.5a b a cc d b d=. 例2.6 设,A B 均为四阶方阵,12341234[,,,],[,,,]A B αγγγβγγγ==,且||A 1,||2B ==,求||A B +.例2.7 用化三角形法计算数字行列式. 例2.8 箭形行列式三角化.例2.9 先化为箭形行列式,再三角化:计算n 阶行列式11112222n nnn na b a a a a b a D a a a b ++=+.例2.10 快速“打洞”:计算n 阶行列式n a b bb a D b b b a=. 当4,1,2n a b ===时,12341122211111111()/722122212201007772212221200102222122210001i r r r r r r i +++--=--≥-.例2.11 逐行(列)相消:计算n 阶杨辉行列式111,,11,||i j ij n ij i j i j a a a a a a --⎛⎫==⎧ ⎪⎨ ⎪=+⎩⎝⎭.431111111111111111111234012301230123136100136001300134,3,24,31410200141000140001i i i i r r r r r r i i -----==1=.例2.12 求证奇数阶反对称(矩阵的)行列式必为零. 例2.13 计算n 阶行列式111222121212n n n n x x x n x x x n D x x x n++++++=+++,注意对阶数n 做讨论.。