【方阵的行列式怎么算】在数学中,行列式是一个与方阵(即行数和列数相等的矩阵)相关的重要概念,常用于判断矩阵是否可逆、计算面积或体积、解线性方程组等。本文将简要介绍行列式的定义,并通过表格形式总结不同阶数方阵的行列式计算方法。
一、行列式的定义
对于一个 $ n \times n $ 的方阵 $ A $,其行列式是一个标量值,记作 $ \det(A) $ 或 $
- 若 $ \det(A) = 0 $,则矩阵不可逆;
- 若 $ \det(A) \neq 0 $,则矩阵可逆。
二、行列式的计算方法
以下为不同阶数的方阵行列式计算方式的总结:
| 方阵阶数 | 行列式计算方法 | 说明 | ||
| 1×1 | $ | a | = a $ | 单个元素的绝对值 |
| 2×2 | $ \begin{vmatrix} a & b \\ c & d \end{vmatrix} = ad - bc $ | 对角线相乘再相减 | ||
| 3×3 | 使用展开法或Sarrus法则 | 通常采用按行或按列展开 | ||
| n×n | 按某一行或列展开(余子式展开) | 可用递归方法计算 |
三、具体计算示例
1. 1×1 矩阵
$$
\begin{vmatrix} 5 \end{vmatrix} = 5
$$
2. 2×2 矩阵
$$
\begin{vmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 4 \end{vmatrix} = (1)(4) - (2)(3) = 4 - 6 = -2
$$
3. 3×3 矩阵(按第一行展开)
$$
\begin{vmatrix}
1 & 2 & 3 \\
4 & 5 & 6 \\
7 & 8 & 9
\end{vmatrix}
= 1 \cdot \begin{vmatrix} 5 & 6 \\ 8 & 9 \end{vmatrix}
- 2 \cdot \begin{vmatrix} 4 & 6 \\ 7 & 9 \end{vmatrix}
+ 3 \cdot \begin{vmatrix} 4 & 5 \\ 7 & 8 \end{vmatrix}
$$
分别计算小行列式:
- $ \begin{vmatrix} 5 & 6 \\ 8 & 9 \end{vmatrix} = 5 \cdot 9 - 6 \cdot 8 = 45 - 48 = -3 $
- $ \begin{vmatrix} 4 & 6 \\ 7 & 9 \end{vmatrix} = 4 \cdot 9 - 6 \cdot 7 = 36 - 42 = -6 $
- $ \begin{vmatrix} 4 & 5 \\ 7 & 8 \end{vmatrix} = 4 \cdot 8 - 5 \cdot 7 = 32 - 35 = -3 $
代入原式:
$$
1 \cdot (-3) - 2 \cdot (-6) + 3 \cdot (-3) = -3 + 12 - 9 = 0
$$
四、注意事项
- 计算高阶行列式时,建议使用行变换简化矩阵,使其变为上三角或下三角矩阵,此时行列式等于主对角线元素的乘积。
- 行列式具有线性性质,可通过行变换进行化简,但要注意行交换会改变符号,倍乘行会影响结果。
五、总结
行列式的计算是线性代数中的基础内容,掌握不同阶数的计算方法有助于更深入地理解矩阵的性质和应用。对于初学者而言,从低阶开始逐步练习,再过渡到高阶,是学习行列式的有效途径。
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