吴梦溪哈尔滨绥化学院152061
摘要在《线性代数》中,行列式的计算是线性代数中的重点、难点,特别是直接计算阶数较高的行列式往往是困难和繁琐的。因此熟练地掌握行列式的计算方法至关重要。行列式的许多方法不是单独使用的,这就要求针对行列式的结构,以找出适当的办法来达到快速、准确、方便地计算行列式。本文例举了一些常见的求行列式的方法,以期对扩展行列式的计算方法的研究有所裨益。
关键词行列式计算方法线性代数阶数
行列式的计算方法异常繁多且较为灵活,需要有较强的计算技巧,当然,任何一个n阶行列式都可以由它的定义去计算其值。但由定义可知,n阶行列式的展开式有n!项,计算量很大,所以只有零元素非常少时才可利用定义计算,如例照某一行或某一列展开,或者是完全展开式。更多的还是利用行列式的性质计算。值的注意的是,在应用定义法求非零元素乘积项时,不一定从第1行开始,那行非零元素最少就从哪行开始。下面介绍几种常用的方法,并举例说明。
方法1:化三角形法
化三角形法是将原行列式化为上(下)三角形行列式或对角形行列式计算的一种方法。这是计算行列式的基本方法及重要方法之一。因为,若能把一个行列式经过适当变换化为三角形,其结果则为行列式主对角线上元素的乘积。因此化三角形是行列式计算中的一个重要的简便算法。
另外,虽然每个行列式都可利用行列式的性质化为三角形行列式,但对于阶数高的行列式,在一般情况下,计算往往较为繁琐。因此,在许多情况下,总是先利用行列式的性质将其作为某种保值变形,再将其化为三角形行列式。
例1:计算如下行列式的值:
[分析]:显然本题阶数较高,若直接化为三角形行列式,计算很繁琐,因此我们要充分利用行列式的性质。最好先从第“n-1列”开始乘以“-1”加到第“n”列,“第n-2列”乘以“-1”加到第“n-1”列,一直到“第一列”乘以“-1”加到“第2列”。然后把“第1行”乘以“-1”加到各行去,再将其化为三角形行列式,计算则较为简单。
解:
其中为中的元素的代数余子式。
按某一行(或某一列)展开法可以将一个“n阶”行列式化为“n”个“n-1阶”行列式计算.若继续使用按某一行(或某一列)展开法,可以将“n”阶行列式降阶直至化为许多个“2阶”行列式计算,这是计算行列式的又一基本方法。更一般地是用拉普拉斯定理(这样可以降低多阶),但一般情况下,按某一行(或某一列)展开并不能减少计算量,仅当行列式中某一行(或某一列)含有较多零元素时,它才能发挥真正的作用。因此,为了使运算更加简便,应用按某一行(某一列)展开法时,往往是先利用列式的性质化简,应利用行列式的性质将某一行(或某一列)化为有较多的零元素,再按该行(列)展开。
例2:计算20阶行列式
以上就是计算行列式最基本最简易的两种方法,接下来介绍的一些方法,都应该与行列式的性质和基本方法结合起来。
方法3:递推法
应用行列式的性质,把一个“n”阶行列式表示为具有相同结构的较低阶行列式(比如,“n-1阶”或“n-1阶”与“n-2阶”等)的线性关系式,这种关系式称为递推关系式。根据递推关系式及某个低阶初始行列式(比如二阶或一阶行列式)的值,便可递推求得所给“n”阶行列式的值,这种计算行列式的方法称为递推法。
[注意]:用此方法一定要看行列式是否具有较低阶的相同结构,如果没有的话,即很难找出递推关系式,则不能使用此方法。
例3:证如下行列式等式
笔者认为只要理解并熟练掌握以上6种方法,大多数的行列式计算题都能够迎刃而解。并且一个题目有时候要适用于多种解法,或一个题可由每种方法独自解出,这就需要大家在实际解题过程中多练习,多实践,并能够举一反三的灵活应用,这样才能找出一个最简便的方法解出其值。
参考文献
【1】李师正。高等代数复习解题方法与技巧[M]。高等教育出版社,2005年版。
【2】张贤科,许甫华。高等代数解题方法[M]。清华大学出版社,2001年版。
【3】李永乐.研究生入学考试线性代数[M]。北京大学出版社,2000年版。
作者简介:吴梦溪(19-),男,黑龙江哈尔滨人,绥化学院2008级本科生。