第九章 矩 阵 §8.1 行列式的定义 §9.1 矩阵的概念 §9.1 矩阵的概念 §9.2行列式的性质 矩阵的运算 §8.2 §9.2 矩阵的运算 §9.3 矩阵的逆 §9.3 矩阵的逆 §8.3 行列式的计算 §9.4 矩阵的秩 §9.4 矩阵的秩 §8.4 线 性 代 数 部 分 克莱姆法则 第八章 行列式 §8.1 行列式的定义 本节首先由二元与三元一次线性方程组 引出二阶及三阶行列式的概念,在此基础上给 出一般 n 阶行列式定义. 一、二阶与三阶行列式 1.二阶行列式 在初等数学中,大家都学过二元一次线性方 程组  a 11 x 1  a 12 x 2

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Transcript 第九章 矩 阵 §8.1 行列式的定义 §9.1 矩阵的概念 §9.1 矩阵的概念 §9.2行列式的性质 矩阵的运算 §8.2 §9.2 矩阵的运算 §9.3 矩阵的逆 §9.3 矩阵的逆 §8.3 行列式的计算 §9.4 矩阵的秩 §9.4 矩阵的秩 §8.4 线 性 代 数 部 分 克莱姆法则 第八章 行列式 §8.1 行列式的定义 本节首先由二元与三元一次线性方程组 引出二阶及三阶行列式的概念,在此基础上给 出一般 n 阶行列式定义. 一、二阶与三阶行列式 1.二阶行列式 在初等数学中,大家都学过二元一次线性方 程组  a 11 x 1  a 12 x 2

Slide 1

第九章





§8.1
行列式的定义
§9.1
矩阵的概念
§9.1 矩阵的概念

§9.2行列式的性质
矩阵的运算
§8.2
§9.2
矩阵的运算

§9.3
矩阵的逆
§9.3
矩阵的逆
§8.3 行列式的计算
§9.4
矩阵的秩
§9.4
矩阵的秩
§8.4

线 性 代 数 部 分

克莱姆法则
第八章

行列式


Slide 2

§8.1

行列式的定义

本节首先由二元与三元一次线性方程组
引出二阶及三阶行列式的概念,在此基础上给
出一般 n 阶行列式定义.
一、二阶与三阶行列式
1.二阶行列式
在初等数学中,大家都学过二元一次线性方
程组
 a11 x1  a12 x2  b1

a21 x1  a22 x2  b2

(1.1.1)

它可以通过加减消元法求解得
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 3

b1a22  b2a12

x

1


a11a22  a12a21

b a ba
 x2  2 11 1 12

a11a22  a12a21


(当a11a22  a12a21  0时 )

为了便于表示上式,我们引入记号
规定:

a

b

c

d

 ad  bc

(1.1.2)
a

b

c

d

,
(1.1.3)

并称其为二阶行列式.且在这样的记号中,横向排
的称为行,纵向排的称为列,从左上角到右下角的
线称为主对角线.每一个数均称为一个元素.如
(1.1.3)中有四个元素,排为两行两列,分别称为
第一行、第二行和第一列、第二列,而主对角线
上有两个元素.(1.1.3)式称为二阶行列式的定义
式.
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 4

1

3

例如 4  2  1  (2)  3  4  14
于是(1.1.2)式便可以表示为:
b1

a12

a11

b1

b2 a22
x1 
,
a11 a12

a21 b2
x2 
a11 a12

a21 a22
a11 a12

a21

其中

a21 a22

 a11a22  a12a21  0

a22

称其为方程组(1.1.1)

的系数行列式
注1:从以上易见,行列式 D1恰好是将系数行
列式 D 中的两个 x1 的系数分别换为常数项后得
到的行列式,而D2 恰好是将系数行列式 D 中的两
个 x2 的系数分别换成常数项后所得到的行列式.
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 5

例1解方程组
 2 x  3 y  1

 4x  5 y  6



易见系数行列式
D



2

3

 10  12  22  0

4 5
1 3
2 1
D1 
 5  18  13, D2 
 12  4  16
6 5
4 6

16
8
, x2    
于是其解为 x1  13
22
22
11
2.三阶行列式
对于三元一次线性方程组

 a11 x1  a12 x2  a13 x3  b1

a21 x1  a22 x2  a23 x3  b2
a x  a x  a x  b
32 2
33 3
3
 31 1
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 6

类似地,为了表示其解,我们引入记号并定义
a11 a12 a13
a 21 a22 a 23  a11a 22a 33  a12a 23a 31  a 21a 32a13  a13a 22a 31  a12a 21a 33  a 23a 32a11
a 31 a32 a 33
( 8 .1 .7 )

称其为三阶行列式.同二阶一样,横向排的称为行,
纵向排的称为列,每个数均称为元素,左上角到右
下角的线称为主对角线.
仿照前面,利用三阶行列式的概念,记方程组
(8.1.6)的系数行列式为 D ,然后将 D 中的第一、
二、三列元素分别换为常数项 b1 、b2 、b3 后便得到
行列式 D1 、D2 和 D3 ,于是方程组(8.1.6)的解可表
示为 :
D1
D2
D3
x1 

线 性 代 数 部 分

D

,

x2 

第八章

D

,

x3 

行列式

D


Slide 7

例2 解方程组
 2 x1  x2  x3  0

 3 x1  2 x2  5 x3  1
 x  3x  2x  4
2
3
 1



系数行列式

2 1

1

D 3

2

 5  8  5  9  2  6  30  28  0

1

3

2

0 1

1

2 0

2 1 0

1

D1  1

2

 5  13, D2  3 1  5  47, D3  3

2

1  21

4

3

2

3

4

1 4 2

1

于是,该方程组的解为
x1 

13
,
28

线 性 代 数 部 分

x2 

47
,
28

第八章

x3 

21
28

行列式


Slide 8

n
二、阶行列式定义
1.余子式与代数余子式
在一个行列式中,称去掉某个元素 a ij所在的行
和列后剩下的比原来低了一阶的行列式称为元素 a ij
i j
M



1
 M ij 称为元素 a ij 的
的余子式,记作 ij ,而
i j
A


A


1
 M ij
ij
代数余子式,记作
,即 ij
如在行列式

1

3

4

5

2

6

8

7

0



元素5的代数余子式为 A21   1

21

M 21   M 21  

元素-4的代数余子式为 A13   1

1 3

线 性 代 数 部 分

第八章

行列式

3 4
7

M 13  M 13 

0

 28

5 2
8

7

 51


Slide 9

2. 行列式与代数余子式的关系
(1). 二阶行列式与代数余子式的关系
a11

a12

a21 a22

 a11a22  a12a21
 a11 (1)11 M11  a12 (1)1 2 M12

 a11 A11  a12 A12

同理可推出
a11

a12

a21 a22

 a11a22  a12a21  a21 A21  a22 A22
 a11 A11  a21 A21  a12 A12  a22 A22

由此可见,二阶行列式的值等于其任意一行或
任意一列的元素与其对应的代数余子式乘积的和.
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 10

(2). 三阶行列式与代数余子式的关系
a11 a12 a13
a21 a22 a23  a11a22a33  a12a23a31  a21a32a13  a13a22a31  a12a21a33  a23a32a11
a31 a32 a33

 (a11a 22a 33  a11a 23 a 32 )  (a12 a 21a 33  a12a 23a 31 )  (a13a 21a 32  a13a 22a 31 )
 a11 (a22a33  a23a32 )  a12 (a21a33  a23a31 )  a13 (a21a32  a22a31 )

 a11 A11  a12 A12  a13 A13

可见三阶行列式的值等于其第一行的各元素
与其对应的代数余子式乘积的和.
类似可证,它还等于其它行或列的各元素与其
对应的代数余子式乘积的和

由此可见,三阶行列式的值也等于其任意一行
或任意一列的元素与其对应的代数余子式乘积的
和.
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 11

综上可见,行列式的值等于其任意一行或任意
一列的元素与其对应的代数余子式乘积的和.

例3 计算
解 2 3 4
1
5

0
6

2 3

4

1

0

2

5

6

1

2  2 A11  ( 3) A12  4 A13 2 0 2  3 1 2  4 1 0  33
5 1
6 1
5 6
1

2. n 阶行列式的定义
定义8.1
成的记号

把由 n 2 个元素 aij (i ,
a11

a12



a 21

a 22

 a2 n







a ni

an 2

 a nn

线 性 代 数 部 分

第八章

a1 n


行列式

j  1,2,3,, n)

,组


Slide 12

称为 n 阶行列式,记作 D ,其中 a ij 称为第 i 行第 j 列
的元素
规定,当 n  1 时 行列式 D  a11  a11
当 n  2 时 行列式
D  ai 1 Ai 1  ai 2 Ai 2    ain Ain (1  i  n) (1.1.9)



D  a1 j A1 j  a2 j A2 j    anj Anj

(1  j  n)

(1.1.10)

并分别称(1.1.9)(1.1.10)式为n 阶行列式D 按
i
照第
行和第j 列的展开式.
例4 设四阶行列式
3
1 2 4
按第2列展开
1 0
2
3
D
该行列式并求
2
0 1 2

4 1 0  3
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 13

解 D  1  A12  0  A22  0  A32  (1)  A42
 A12  A42
1
 2
4

2 4

2

3

1

2  1
3

0

3

2

 30

3

1 2

2

注2:易见该题若按其它行或列展开计算时就
会复杂一些,因此计算行列式时应注意选择零元
素较多的行或列展开,以减少余子式的个数,从而
简化计算.
例5 按定义分别计算
D1 

a

0

0

0

0

0

b

0

0

c

0

0

0

0

0

d

线 性 代 数 部 分

,

D2 

第八章

a11

a12



a1 n

0

a 22



a2 n









0

0



a nn

行列式


Slide 14



0

b

D1  a c

0

0

0

a22



0



c
0  ab(1)
0
d

0
d

 abcd

a33



a3 n

  a11a22 
0
a



    a11a22 ann
ann

 a2 n

D2  a11 

0

nn



注3:形如该例中 D2 的行列式称为上三角形行
列式,类似还有下三角形行列式,由例5的计算可见
上三角形行列式的值就等于主对角线上的元素乘
积;同理可证,下三角形行列式的值也等于主对角
线上的元素乘积.综合起来可以说成三角形行列式
的值等于主对角线上的元素乘积.
习题8-1

1.计算下列行列式
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 15

(1)

2  3 (2)
4 5


1




2.设

2

1

0

4

0
5

3
3

2
0

1
8

1

2

1

1

D

2

(3)

a

b

0

4

(4) 0

a

b

5

a

0

b

2

1

3

0

1

3

2

请分别按第1行和第3列展开该行列式,并比较哪一
种计算简单些,最后按简单的方式算出其值.

线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 16

§8.2

行列式的性质

按定义计算行列式显然是很不方便,尤其是当
阶数比较高的情况下就更困难了,为了简化行列式
的计算,本节不加证明的给出行列式的性质.
在给出行列式性质之前,首先给出行列式的转
置概念.
a
a
 a
11

如果将行列式 D  a21
a n1

12

1n

a 22  a 2 n
  
a n 2  a nn

素互换,则得一新的行列式

线 性 代 数 部 分

a11

a 21



a12

a 22

 an 2







a1 n

a2 n

 a nn

第八章

a n1


行列式

的行和列的元


Slide 17

称该新行列式为原来行列式
D
称为
的转置,记作
DT .即
a11

a 21



DT  a12

a 22

 an 2







a1 n

a2 n

 a nn

D 的转置行列式,简

a n1

T
D
D 也是 的转置,

注1:显然若 D 是 D 的转置,则
T
D
D
即 与 互为转置.
性质1 行列式转置值不变,即 D  DT
3 4
3 1
T
T
D


10
,
D

 10 易见 D  D

T

1 2

4

2

注2:该性质告诉我们,在行列式中行和列的地
位是平等的,凡是行具有的性质对于列也具有.
性质2 交换行列式中任意两行(两列)元素的位置,
行列式须改变符号.即
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 18

a11

a12



a1 n

a11

a12



a1 n

















ai 1

ai 2



a in

a j1

a j2



a jn















a j1

a j2



 
a jn

ai 1

ai 2



a in

















a n1

an 2



a nn

a ni

an 2



a nn

推论1 如果行列式中有两行(或两列)元素对应
相等,则该行列式的值为零.
因为如果行列式 D 中有两行(或两列)元素对应
相等的话,互换这两行(两列)元素的位置行列式不
会变,还为 D ;但另外由性质2知这两行(两列)元素
的位置互换行列式须改变符号, D 变为  D,于是必
有D0
性质3 用 k 乘以行列式的某一行(列)的各元
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 19

素,就等于用 k 乘以该行列式,即
a11

a12



a1n

a11

a12



a1n

















ka i 1

kai 2



ai 2



ain







kain  k ai 1









a n1

an 2



ann

an 2

 ann

a n1

推论2 如果行列式的某一行(列)有公因子,则
公因子可以提到行列式的前面.
推论3 如果行列式中某两行(列)的元素对应成比
例,则该行列式的值必为零
推论4 如果行列式中有一行(列)元素全部为零,
则该行列式的值必为零.
事实上,当性质3中的常数 k  0 时,即得该结论.
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 20

性质4 如果行列式的某一行(列)的各元素均
可以写成两个数之和,则该行列式可以写成两个
行列式之和,这两个行列式分别以这两个数为所
在行(列)对应位置的元素,其它位置的元素还是
原来的.
以三阶行列式为例,可将性质4表示为
a11

a12

a13

a1  b1

a2  b2

a31

a32

a11

a12

a13

a11

a12

a13

a3  b3  a1

a2

a3  b1

b2

b3

a32

a33

a32

a33

a33

a31

a31

例1 利用行列式的性质计算
0

(1) D1   a

a

b

0

c,

b c 0

线 性 代 数 部 分

第八章

3

1 2

(2) D2  7  1 5
4

行列式

0

3


Slide 21

0 a b


所以

(1)因为 D

0

b

c

 c   1  a
3

0

a

b

0

c  D1

b c 0

故 D1  0

2 D1  0
3 1 2

1

3

3 1 2

2

3 1 2

将该行列式
 3 1 2  4 0 3  0
4 0 3
4
0 的每一行均
3
4 0 3 4 0 3
提出  1
性质5 将行列式的某一行(列)的各元素同乘以
常数 l 后加到另一行(列)对应位置的元素上去,行
列式的值不变.
(2)

(2)

T

D
1
1  a

0

D2  7  1 5  3  4  1  0 2  3

例2 计算

D

线 性 代 数 部 分

7

1

3
2

0
2

1
4
4 6

9

1

2

第八章

4

11

8
行列式


Slide 22



D  2

7

1

4

11

3

0

1

4

1

1

2

3

9

1

2

8

 2

1

1

2

3

3

0

1

4

1

1

2

3

9

1

2

8

0

性质6 行列式 D 的某一行(列)元素与该行(列)
元素所对应的代数余子式乘积的和等于该行列式 D,
第三行同时提出  2
而与另一行(列)元素所对应的代数余子式乘积的
第二行同乘以 2 加
第一行与第三行
到第一行上去
和等于零,即
D i j
对应元素相等.
(1  i , j  n)
a A  a A  a A  
i1

j1

i2

j2

in

jn

0

习题8-2
1.利用行列式的性质计算

线 性 代 数 部 分

第八章

行列式

i j


Slide 23

(1)

2

3 4

7

3

1 4

5

2 0 7

1

5

(2)

1

3

3 4

3

0

9 8

 2 11
2

4 8 12

9

6

5

6 7

2.利用行列式性质证明
a1  kb1

b1  c1

c1

a1

b1

c1

a2  kb2

b2  c2

c2  a 2

b2

c2 .

a3  kb3

b3  c3

c3

b3

c3

线 性 代 数 部 分

a3

第八章

行列式

(3)

1

1 2

9

0

3

4

1

0 5 6

3

2

1

8 19


Slide 24

§8.3

行列式的计算

本节利用行列式的性质,给出两种行列式的计
算方法:化三角形法和降阶展开法.
首先,介绍一下行列式计算中所使用的一些符号
(1)把第 i 行(列)与第 j 行(列)元素的位置互换
时,用符号 (( i ), ( j ))来表示;

(2)把第 i 行(列)的元素同乘以常数 k时,用符
号 k (i ) 来表示;
(3)把第 i 行(列)的元素乘以 l 后加到第 j 行
(列)上去,用符号 l ( i )  ( j ) 来表示.
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 25

注意一点:当“作行变换”时请将上述符号写
在等号上面,而“作列变换”时将其写在等号下面,
用以区分行和列的变换.
下面介绍行列式计算中常用的两种方法:化三
角形法和降阶展开法.
1.化三角形法
该种方法是利用行列式的性质将所求行列式
化为上(下)三角形行列式,然后将主对角线上的元
素相乘即得该行列式值的一种方法.一般习惯将其
化为上三角形行列式,此时要将行列式中主对角线
下方的元素全化为零(利用性质5),化时应注意化
行(A行乘以某一个数加到B行上去时,称A行为化
行,B行为被化行)左边第一个非零元素最好为1
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 26

D

2

3

3
3

0
5

2 1
3 6

4

0

1

1

4

2

解 先分析一下: 显见第一行第一列处的元
素不等于1和-1,如果直接要将其下边的元素化为
零,则必会出现分数,从而对后边的计算带来困难.
因此可先将第一列与第三列交换一下(也可以将
第二行乘以-1后加到第一行),这样一来再化就方
便的多了.
D  
(( 1 ), ( 3 ))

1

3

2
3

0
5

1

0

2

4

3 1
3 6
4

线 性 代 数 部 分

2 ( 1 )  ( 2 )

1 3

3(1) ( 3 )
(1) ( 4 )





2

第八章

0

6

2

4

1  9

0 4

3

18

0 3

6

6

行列式

1 3 2
4
  3 0 6 1  9
0  4 3 18
0 1 2
2

1
(4)
3


Slide 27

1 3 2
4
(( 2 ), ( 4 ))
2
 3 0 1 2
0  4 3 18
0 6 1  9
1 3 2
4
2
  3 0 1 2
0 0
1 23
0 0  5 10

(( 3 ), ( 4 ))

4( 2 )  ( 3 )
6( 2 )( 4 )



1 3 2 4
3 0 1 2 2
0 0  5 10
0 0 11 3

1 3 2 4
 3 0 1 2 2
0 0  5 10
0 0 1 23

2( 3 )( 4 )

1 3 2 4
  3 0  1 2 2  375
0 0 1 23
0 0 0 125

5( 3 )( 4 )

2.降阶展开法
在所要计算的行列式中,选择一个零元素最多
的行或列,且若非零元素多于两个或两个以上时,
非零元素应尽可能具有倍数关系或小一点的,当然
该行或列中只有一个非零元素最好(若不是可利用
行列式的性质化为仅有一个非零元素的情形),然
后再按该行(列)展开,直到求出其值为止.称这种
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 28

计算行列式的方法为降阶展开法.
1 2
3
4
按第二列展
例3 计算 D  1 0 1 2 按第二列展开

3 1 1 0
1
2( 3 ) (1)



2( 3 ) ( 4 )

D 

7

2 2

5

0

4

7 1
4
2
3 2
 ( 1)   1 1 1
2
0
7 2 5

证明
0
a
b
a

a
0
a
b

b
a
0
a

线 性 代 数 部 分

a
b
a
0

1( 2 )  ( 1 )
2( 2 ) ( 3 )



0

a

b

a

a
b

0
a

a
0

b
 b 2 (b 2
a

a

b

a

0



2a  b
2a  b
2a  b
2a  b

( 2 )(1)
( 3 )(1)
( 4 )(1)

第八章

a
0
a
b

b
a
0
a

6 0

2

1 1

2

9 0 1

2 5

0

6 2
9  1  24

例4



1

1 0
1
3 1 1
7

 1   1

0

2

从第一列中
 4提出公因子
a ).

a
b
a
0

行列式

2



1
( 2a  b ) 1
1
1

a
0
a
b

b
a
0
a

a
b
a
0


Slide 29

1( 1 )  ( 2 )
1( 1 )  ( 3 )
1( 1 )  ( 4 )



1
a
( 2a  b) 0  a
0
0
0 ba

 ( 2a  b)(  b)









b
a b
b
a b

a

ba

ba

a

a
a
b  a  ( 2a  b) 0
0
ba
a



 ( 2a  b )(  b ) a 2  b  a 

 ( 2a  b)(  b)b( 2a  b)  b2 (b2  4a 2 )

按第一列展开

例5 解方程

解 因为

 ( x  6)   1

2 2

1
2
4
4

1
3
0 x 1
4
2

线 性 代 数 部 分

1
2
4
4

ab ba
b
0
ab a

5
x4
3
3

3
4
6
8 0
x 1 5
2
5

2











1
5
3
4

5
3
4
0
x

6
0
0
x4
6
8

0
0
x 1 0
3
x 1 5

4

3
2

5
3
2
5

4

0  ( x  6)( x  1)   1 1 4  21( x  6)( x  1)
4 5
5

2 ( 1 )  ( 2 )
( 4 )( 3 )

2 2

第八章

行列式


Slide 30

 21( x  6)( x  1)  0

所以有


x  6,

x  1

习题8-3
1.计算下列行列式
(1)

1

1 1 2

1

1

0

1

2

1 0

2

1

1

2

(2)

0

1

1

1

2

2

0

1

4

0

3

2

1

1

2

1

2

1

4

2

1

1

2

4

0

1

4

1

2

1

4

2

1

(3)

2.解方程
(1)

1

1

0

0

1

x

1

0

0

0

x

2

0

0

2x

x

线 性 代 数 部 分

3

0

(2)

第八章

1

3 x2

2

4

2

4

5

0

x3

8

10

0

6

16

行列式

0


Slide 31

3.计算 n 阶行列式
(1)

a

b

0



0

0

0

a

b



0

0

(2)

     

b

a

a



a

a

b

a



a

a

a

b



a

0

0

0



a

b

    

b

0

0



0

a

a

4. 证明
1 x
1
1
1

1

1

1 x
1
1
1 y
1

线 性 代 数 部 分

1

1
1
1

 x2 y2

1 y

第八章

行列式

a

a

a

b


Slide 32

§8.4

n

克莱姆法则

行列式的概念是由二元和三元线性方程组引
入的,现在学习了行列式的计算后,能否利用行列
式来求解一般含有 n 个方程的 n 元线性方程组便
成了我们所关心的问题了.本节给出利用行列式求
解含 n个方程的 n 元线性方程组的方法.
含 n 个方程的 n 元线性方程组的一般形式为
 a11 x1  a12 x2    a1n xn  b1
a x  a x   a x  b
 21 1
22 2
2n n
2

 
an1 x1  an 2 x2    ann xn  bn

其系数构成的阶行列式
D

线 性 代 数 部 分

第八章

(1.4.1)

a11

a12  a1n

a21

a22  a2 n





 

a

 ann

a n1

n2
行列式


Slide 33

a11 a12  a1 j  a1n
称为线性方程组(1.4.1)的系数行列式.

a
a 22  a 2 j  a 2 n
D用代数余子式
 21
A1 j 
, A2 
分别乘以(1.4.1)
j , , Anj
   
n 个方程,然后再相
a n1 a n 2  a nj  、第
a nn
式的第1个、第2个、…

加得

(1)式+(2)式+···+(n)式
(a11 A1 j  a21 A2 j  
 an1 Anj ) x1    (a1 j A1 j  a2 j A2 j    anj Anj ) x j  

n

 a1nax1nn A1 jbx1n  b1 A1Aj 1 j
a11aA111 xj x1 1aa1212xA21 jx

2 
 (a1n A1 j  a2 n A2 j    ann Anj ) xn  b1 A1 j  b2 A2 j    bn Anj
a aA xx aa xA xa ax A bx  b AA
22
2 n 2n 2 j 2 n
21 212 j 11
22 22 j 2
2 2 j2 j


由行列式的性质6可得







  
AnjA
 aj na1 ADnjxj x1a(ajn2xA1nj,2x,
Dx
, n
)  a nn Anj x n  jbn
2 
nj
n 2 j 2列 jj a nn x n  bn
 n1 1 第

(1)
( 2)

( n)

第二列元素与第

第一列元素与第
j 列第
列元素与第

j 列的元素依次换
Da
其中
j 是把系数行列式
a12  b1 元素所对应的代数余子式
 Da1的第
元素所对应的代数余子
11 元素所对应的代数余子
n
b
,
bn以后所得到的行列式.
为常数项
式乘积的和为零.
a 21 式乘积的和为零.
a 221 , b
2 ,
b2 乘积的和等于系数行列式D.
a 2n
Dj 
n于是,当
列元素与第
D j
  a11 a12  a1 j  a1n

0时可得方程组(1.4.1)的解为
Dj b  a
a n1 a n 2 x 
列元素所对应的代数余
a,21
n (j 1
2nn
,,an22)  a 2 j  a 2 n
j 
D

D
子式乘积的和等于零
   
j
是Dj
按第
列的展
另外,可验证形如上式的一组数一定是方程组
a
a
a  a

开式

线 性 代 数 部 分

n1

第八章

n2

行列式

nj

nn


Slide 34

(1.4.1)的解.
综上可见,我们有
定理8.1(克莱姆Cramer法则) 如果线性方程组
(1.4.1)的系数行列式 D  0 ,则方程组(1.4.1)必
有唯一一组解,且解为:
xj 

Dj
D

( j  1,2,, n)

其中 D j 是将系数行列式 D 中第 j 列元素a1 j , a2 j ,, anj
依次换为常数项 b1 , b2 ,, bn 后所得到的行列式.
例1 解线性方程组
 x1  x 2  x3  2 x4  2
 2x
 x 3  4 x4  4

1

 1
 3 x1  2 x 2  x3

  x1  2 x2  x3  2 x4  4

线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 35

解 因为系数行列式
1 1 1  2
D  2 0  1 4  2  0
3
2 1
0
1 2 1 2

所以该方程组有惟一解

2 1 1  2
D1  4 0  1 4  2
1 2 1 0
 4 2 1 2

1 2 1 2
D2  23 41 11 40  4
1  4 1 2

1 1 2  2
D3  2 0 4 4  0
3 2 1 0
1 2  4 2

1 1 1 2
D4  2 0  1 4  1
3 2 1 1
1 2 1  4

于是所给方程组的解为
x1 

D1
D
 1 x 2  2  2
D
D

线 性 代 数 部 分

第八章

x3 

D3
0
D

行列式

x4 

D4 1

D 2


Slide 36

例2 解线性方程组
 x1  x 2  2 x 3  3 x 4  1
 x1  2 x 2  3 x 3  x 4  4
3 x  x  x  2 x  4
2
3
4
 1
2 x1  3 x 2  x 3  x 4  6

解 因系数行列式
1 1
2
3
3  1  153  0
D 1 2
3 1 1  2
2 3 1 1

所以该方程组有且有惟一一组解
1
1
2
3
3  1  153
D1   4 2
 4 1 1  2
 6 3 1 1
线 性 代 数 部 分

第八章

1 1
2
3
D2  1  4 3  1  153
3  4 1  2
2  6 1 1
行列式


Slide 37

1 1
1
3
D3  1 2  4  1  0
3 1  4  2
2 3  6 1

1 1
2
1
3  4  153
D4  1 2
3 1 1  4
2 3 1  6

因此由Cramer法则知其解为
D3
D1
D2
D4
x1 
 1 x 2 
 1 x 3 
 0 x4 
1
D
D
D
D

如果线性方程组(1.4.1)的常数项全为零,则
该方程组变为
 a11 x1  a12 x2    a1n xn  0
a x  a x    a x  0
 21 1
22 2
2n n

 
an1 x1  an 2 x2    ann xn  0
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式

(1.4.2)


Slide 38

称常数项全为零的线性方程组(1.4.2)式为齐次
线性方程组;当(1.4.1)式中常数项不全为零时,称方
程组(1.4.1)为非齐次线性方程组.
推论1 如果齐次线性方程组(1.4.2)的系数
行列式 D  0 ,则它必仅有唯一一组零解.
事实上,由于 b1  b2    bn  0 ,由行列式的性质
知必有 D1  D2    Dn  0 根据克莱姆法则知仅有唯
一的一组零解 x1  x2  
.  xn  0

推论2 如果齐次线性方程组(1.4.2)有非零
解,则其系数行列式必为零,即 D  0
线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 39

事实上可证: 当系数行列式 D  0 时,(1.4.2)也
必有非零解(用后面知识可证).
例2 判断齐次线性方程组
 x1  x 2  2 x 3  3 x4
 x  2x  3x  x
 1
2
3
4

 3 x1  x 2  x 3  2 x4

 2 x1  3 x 2  x 3  x4

0
0
0
0

是否只有零解.

因为系数行列式
1
1
D
3
2

线 性 代 数 部 分

1

2

2
1

3
1

1
 153  0
2

3

1

1

第八章

3

行列式


Slide 40

所以该方程组只有零解.
例3

设齐次线性方程组
 x1  x2  kx3  0

 x1  kx2  x3  0
x  x  k2x  0
2
3
 1

有非零解,求

k

的值.



系数行列式

1 1

k

D1 k

1

1( 1 )  ( 2 )
 1( 1 )  ( 3 )



1 1 k2

1

1

0 k 1
0

0

k
1 k

 k k  1

k ( k  1)

因方程组有非零解,所以 D  0 即
因此

k 0, k 1

线 性 代 数 部 分

第八章

2

行列式

k k  1  0
2


Slide 41

习题1-4
1.用克莱姆法则求解下列线性方程组
(1)

 x1  2 x 2  4 x3  31

5 x1  x 2  2 x3  29
 3x  x  x  10
2
3
 1

(2)

2 x1  3 x 2  11x3  5 x 4  2
 x  x  5x  2 x  1
 1
2
3
4

 2 x1  x 2  3 x3  4 x 4  3

 x1  x 2  3 x3  4 x 4  3

2.判断下列齐次方程组是否有非零解
(1)

 2 x1  x 2  3 x3  2 x 4  0
 x  3 x  x  4 x  0
 1
2
3
4

 x1  4 x 2  2 x3  2 x 4  0

7 x 2  x3  6 x 4  0


(2)

 x1  2 x 2  2 x3  0

 3 x1  x 2  x3  0
 2 x  2 x  4 x  0
1
2
3


3.设下列齐次方程组有非零解,求   ?
 (  3) x1  14 x 2  2 x3  0

  2 x1  (  8) x2  x3  0
 2 x  3x  (  2) x  0
1
2
3


线 性 代 数 部 分

第八章

行列式


Slide 42

 a11x1  a12 x2  b1

a21x1  a22 x2  b2

(1)
(2)

(1)  a22 得 a11a22 x1  a12a22 x2  b1a22 (3)
(2)  a12 得 a12a21x1  a12a22 x2  b2a12 (4)
(3)  (4) 得 (a11a22  a12a21) x1  b1a22  b2a12

(5)

当 a11a22  a12a21  0 时得
b1a22  b2 a12
x1 
a11a22  a12 a21

同理可求得

b2 a11  b1a12
x2 
a11a22  a12 a21

线 性 代 数 部 分

第八章

行列式

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