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- 定义
- 把n个不同的元素排成一列,叫做这n个元素的全排列(也简称排列)
- 定义
- 标准次序:规定各元素之间又一个标准次序(可规定且一般规定从小到大为标准次序)
- 序数:当某一对元素的先后次序与标准次序不同时,就说它构成1个逆序
- 逆序数:一个排列中所有逆序的总数,叫做这个排列的逆序数
- 奇(偶)排列:逆序数为奇数(偶数)的排列,标准排序为偶排序(逆序数0)
- 计算方法
- 元素的逆序数ti为:应位在于该元素后,但位于其前的元素的个数
- t=t1+t2+⋯+tn=∑i=1nti
- 定义
- 排列中,将任意两个元素对调
- 将相邻的两个元素对调,叫做相邻对调
- 定理
- 排列对换【定理1】:一个排列中任意两个元素对换,排列改变奇偶性
- 排列对换【定理1推论】:奇函数(偶函数)对换成标准排列的对换次数为奇数(偶数)
- 概念
- aij,元素或元、(i,j)元
- i行标,j列标
- 对角线法则,主对角线、副对角线
- 应用
求值
- 方法
- a11a21a12a22=a11a22−a12a21
- 记法
应用:解二元线性方程组(克拉默法则的应用)
- 方法
- D=a11a21a12a22
- D1=b1b2a12a22
- D2=a11a21b1b2
- {x1=DD1x2=DD2
- 记法
- 方程组的位置记:{b1=a11x1+a12x2=b1b2=a21x1+a22x2=b2
- 用b1b2依次代替各列
- 求值1
- 方法
- \begin{matrix} +a_{11}a_{22}a_{33}+a_{12}a_{23}a_{31}+a_{13}a_{21}a_{32}\ -a_{11}a_{23}a_{32}-a_{12}a_{21}a_{33}-a_{13}a_{22}a_{31} \end{matrix}$
- 记法
- 求值2(较好用,口算后只用在纸上写两个加法)
- 方法
- \begin{matrix} +a_{11}(a_{22}a_{33}-a_{23}a_{32})\ +a_{12}(a_{23}a_{31}-a_{21}a_{33})\ +a_{13}(a_{21}a_{32}-a_{22}a_{31})\ \end{matrix}$
- 记法
- 下叉法 / 代数余子式法(本质是
代数余子式定理二
)
- 应用:解三元线性方程组(克拉默法则的应用)(该章无,额外补充)
- 方法:
- D=a11a21a31a12a22a32a13a23a33
- D1=b1b2b3a12a22a32a13a23a33
- D2=a11a21a31b1b2b3a13a23a33
- D3=a11a21a31a12a22a32b1b2b3
- ⎩⎨⎧x1=DD1x2=DD2x3=DD3
- 记法
- 用b1b2b3依次代替各列
n阶行列式
- 定义(求值)
- 定义:设有n2个数,排成n行n列的数表:a11a21⋮an1a12a22⋮an2⋯⋯⋯a1na2n⋮ann作出表中位于不同行不同列的n个数的乘积,并冠以符号(−1)t,得到形如(−1)ta1p1a2p2⋯anpn的项,(其中p1p2⋯pn为自然数1,2,⋯,n的一个排列,t为这个排列的逆序数.)(这样的排列共有n!个,因而项共有n!个.)这些项的代数和为∑(−1)ta1p1a2p2⋯anpn,称为n阶行列式
- 记作:D=a11a21⋮an1a12a22⋮an2⋯⋯⋯a1na2n⋮ann
- 简记:det(aij),其中数aij为行列式D的(i,j)元
- 记法:用脑内动图遍历连线的方式来理解定义,加法因子数量为:全排列数Ann=n!
- 应用:
- 解n元n列线性方程组(克拉默法则的应用)
- 作为矩阵性质证明的引理
- 对矩阵运算的中间过程提供引概念和符号
余子式
- 余子式(只是为了表述方便才定义,没有用,用的都是代数余子式。就像平方的逆运算是算术平方根而非平方根)
- 定义:把(i,j)元aij所在的第i行和第j列划去后,留下来的n−1阶行列式叫做(i,j)元aij的余子式
- 记作:Mij
- 代数余子式
- 定义&记作:Aij=(−1)i+jMij
代数余子式定理
代数余子式【引理】:一个n阶行列式,如果其中第i行所有元素除(i,j)元aij外都为零,,那么这行列式等于aij与它的代数余子式的乘积,即D=aijAij
代数余子式【定理1】行列式按行(列)展开法则:行列式等于它在任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和,即D=ai1Ai1+ai2Ai2+⋯+ainAin或D=a1jA1j+a2jA2j+⋯+anjAnj
代数余子式【定理1推论】:行列式某一行(列)的元素与另一行(列)的对应元素的代数余子式的乘积之和等于零,即ai1Aj1+ai2Aj2+⋯+ainAjn=0或a1iA1j+a2iA2j+⋯+aniAnj=0
==(^这个推论是专门为后面伴随矩阵
的求法证明服务的,基本无它用)==易证:展开式还原回行列式后,新行列式必有两行(列)相同
定理补充
- 应用:简化行列式的计算(非硬解)
- 证明:通过引理
- 理解:用脑中动画连线的方法
写法 | 含义 |
---|
D、Dn | 行列式、n阶行列式 |
$ | \mathbf |
det(aij) | 由aij组成的行列式 |
aij | 元素、元、(i,j)元 |
ri、ci | 行列式第i行、第i列 |
Mij | 余子式 |
Aij | 代数余子式 |
- 行列式【性质1】:D=DT
- 行列式【性质2】:ri↔rj⇒D→−D
- 行列式【性质2推论】:ri=rj⇒D=0
- 行列式【性质3】:ri→kri⇒D→kD
- 行列式【性质3推论】:ri→ri/k等价于D→kD′
- 行列式【性质4】:kri=krj⇒D=0(由性质2、3得)
- 行列式【性质5】:ri=ri′+ri′′⇒D=D′+D′′
- 行列式【性质6】:ri→ri+krj⇒D不变
代数余子式【引理】:一个n阶行列式,如果其中第i行所有元素除(i,j)元aij外都为零,,那么这行列式等于aij与它的代数余子式的乘积,即D=aijAij
代数余子式【定1理】行列式按行(列)展开法则:行列式等于它在任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和,即D=ai1Ai1+ai2Ai2+⋯+ainAin或D=a1jA1j+a2jA2j+⋯+anjAnj
代数余子式【定理1推论】:行列式某一行(列)的元素与另一行(列)的对应元素的代数余子式的乘积之和等于零,即ai1Aj1+ai2Aj2+⋯+ainAjn=0或a1iA1j+a2iA2j+⋯+aniAnj=0
==(^这个推论是专门为后面伴随矩阵
的求法证明服务的,基本无它用)==易证:展开式还原回行列式后,新行列式必有两行(列)相同
数字阵变换
- 分类1( 线性变换)
- 整体变换
- 纵横对称、对角线对称(方阵)
- 90°旋转、180°旋转
- 行(列)变换
- 元素(区域)变换 / 分割变换(元素变换一般伴随分割变换,不太可能元素改变而整体性质不变)
- 分类2(非线性变换)
- 规则
- 行(列)变换:见
行列式性质
- 元素(区域)变换 / 分割变换:见
行列式按行(列)展开法则
- 整体变换:这个书上没教,我就自己推导出来了,十分好用。具体如下
行列式整体变换
(该部分为自己推导的自己增加的,书上没写但很好用,比如把副对角线三角行列式变为三角行列式等。所以单独作为一章)
(注:表格使用的的符号部分为个人自定义符号,请勿在笔记外外用)
操作 | 值 | 补充 |
---|
镜像(沿主对角线)置换行列式 | D | DT=DL90My=DR90Mx=DMxL90==DMyR90 |
镜像(沿副对角线) | D | DT′=DR90My=DL90Mx=DMxR90=DMyL90 |
镜像(横向 / 纵向) | (−1)nD | DMx 或 DMy |
旋转(90°) | (−1)nD | DR90 或 DL90 |
旋转(180°) | D | DR180=DR90R90=DMxMy |
单位矩阵:主对角线以上和以下的元素都为1的行列式(不用记公式,可用余子式算)
D=11⋱1=1
上(下)三角形行列式:主对角线以上(下)的元素都为0的行列式(不用记公式,可用余子式算)
D=a11a21⋮an1a22⋮an2⋱⋯0ann=a11a22⋯ann
对角行列式:主对角线以上和以下的元素都为0的行列式(不用记公式,可用余子式算)
D=a11a22⋱ann=a11a22⋯ann
方框行列式(典例):(把D1和D2根据行列式性质6转换成下三角行列式,可证得)
(形式上很像代数余子式的引理,但原理完全完全不同,没有0方就完全不能用)
D=a11⋮ak1c11⋮cn1⋯⋯⋯⋯a1k⋮akkc1k⋮cnkb11⋮bn10⋯⋯b1n⋮bnn=D1⋅D2=a11⋮ak1⋯⋯a1k⋮akk⋅b11⋮bk1⋯⋯b1k⋮bkk
X形4元行列式(典例):
D2n=a1c1⋱⋅ancnbndn⋅⋱b1d1=迭代转换成典例余子式行列式=i=1∏n(aidi−bici)=(ad−bc)n(当只有4元)
范德蒙德(Vandermonde)行列式:(证明很妙,类似的范德蒙德法见后总结)
Dn=1x1x12⋮x1n−11x2x22⋮x2n−1⋯⋯⋯⋯1xnxn2⋮xnn−1=2≥i>j≥1∏(xi−xj)
很多题都是或能化简成对角行列式/三角行列式
的变形形式,这些变形形式依照化简深度从浅到深排序如下:
对角行列式变形(带污染元素):
D=a1ka2⋱an⇒直接展开?
对角行列式变形(带首列(同元)):
D=a1k⋮ka2⋱an⇒范德蒙德法(归一)
对角行列式变形(带首行首列(同元)):
D=1+a1−a1⋮−a11a2⋯⋱1an⇒c1+=aia1ci,范德蒙德法(归一)
对角行列式变形(两侧填充):
D=a11a2⋱1an⇒范德蒙德法(借行)⇒对角行列式变形(带首行首列)
较难