第一章行列式线性代数优秀课件.ppt
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1、第一章行列式 线性代数2022/10/31第1页,本讲稿共88页 前言l线性代数的理论和方法已成为科学研究及处理各个领域问题的强有力工具(线性:主要指有关变量是一次的。)l考研数学试卷中比例已占:2022/10/32第2页,本讲稿共88页2010年考研数学大纲(线性代数)z一、行列式z二、矩阵z三、向量z四、线性方程组z五、矩阵的特征值和特征向量z六、二次型 2022/10/33第3页,本讲稿共88页本课程主要学习内容:第一章行列式第二章矩阵第三章向量与线性方程组第四章矩阵的特征值与特征向量第五章 二次型2022/10/34第4页,本讲稿共88页第一章第一章 行列式行列式 要求:1.了解行列式
2、的概念,掌握行列式 的性质 2.会应用行列式的性质和行列式按行(列)展开定理计算行列式3、会用克莱姆法则解线性方程组 2022/10/35第5页,本讲稿共88页1.二阶、三阶行列式(一)二阶三阶行列式1.消元法解线性方程组,引入二行列式消元法解线性方程组,引入二行列式2022/10/36第6页,本讲稿共88页简记为简记为其中其中 二阶的(系数)行列式2022/10/37第7页,本讲稿共88页注注:即克莱姆法则即克莱姆法则 时的情时的情形。形。2022/10/38第8页,本讲稿共88页2、二阶行列式计算方法:(对角线法则)、二阶行列式计算方法:(对角线法则)(1 1)取取“-”号号(副(副对角线
3、对角线)取取“+”号号(主(主对角线对角线)2022/10/39第9页,本讲稿共88页(2)2022/10/310第10页,本讲稿共88页(3 3)例题:解线性方程组)例题:解线性方程组解:解:故方程组的解为:故方程组的解为:2022/10/311第11页,本讲稿共88页(二)三阶行列式及其对角线法则1.1.消元法解线性方程组消元法解线性方程组 哇!好简洁啊!注意写法规律!(1)2022/10/312第12页,本讲稿共88页其中:2022/10/313第13页,本讲稿共88页注注:克莱姆法则克莱姆法则 时情时情形形.2022/10/314第14页,本讲稿共88页2.三阶行列式的引入 三阶的(系
4、数)行列式2022/10/315第15页,本讲稿共88页行列式引入图2022/10/316第16页,本讲稿共88页记:三阶(系数)行列式取“-”号(副对角线及平行线)取“+”号(主对角线及平行线)Go 212022/10/317第17页,本讲稿共88页例:解三元线性方程组例:解三元线性方程组2022/10/318第18页,本讲稿共88页2022/10/319第19页,本讲稿共88页2022/10/320第20页,本讲稿共88页1.1.2 n2 n阶行列式阶行列式(一)(一)n n阶行列式的定义阶行列式的定义1.1.观察三阶观察三阶(二阶二阶)行列式的特点行列式的特点(1 1)表示一个数。表示一
5、个数。一般项:取自不同行不同列的一般项:取自不同行不同列的3 3 元素之积,共元素之积,共3 3!=6=6项(二阶:项(二阶:2 2!=2=2项)。项)。(2 2)各项下标:某一个三级排列()各项下标:某一个三级排列(6 6种)种)(3 3)各项符号:三项正三项负正负号与行标自然顺)各项符号:三项正三项负正负号与行标自然顺序排列时的列标排列顺序有关序排列时的列标排列顺序有关.(注意:在各项乘积中,调整元素的位(注意:在各项乘积中,调整元素的位置,总可以使行标成为自然顺序排列!)置,总可以使行标成为自然顺序排列!)问:正负号如何确定?为此引进问:正负号如何确定?为此引进“逆序逆序”概念。概念。G
6、o 172022/10/321第21页,本讲稿共88页(1 1)n n级(元)排列级(元)排列 (前)n个自然数1、2、3、n的一个有序数列称为一个n级排列。如32415是一个5级排列;213546是一个6级排列.排列与逆序2022/10/322第22页,本讲稿共88页 所有n级(元)排列共有n!种;如:三级排列有3!=6种:123,132;213,231;312,321。五级排列有5!=120种:14325,15342,等 ()逆序与逆序数n逆序:一个排列中,任意两数大前小后排列构成一个逆序;如 132中32构成一个逆序 14325中43、42、32各构成一个逆序n逆序数:一个排列的逆序总数
7、;n级排列逆序数记为2022/10/323第23页,本讲稿共88页例 A.(123)=0,(132)=1;(213)=1,(231)=2;(312)=2,(321)=3。(14325)=3,(15432)=6;go 无逆序43、42、32各构成一个逆序21构成一个逆序32构成一个逆序 54、53、52、43、42、32各构成一个逆序B.逆序数计算方法:由后往前,算大数:(14325)=0+2+1=3由前往后,算小数:(15342)=0+3+1+1=52022/10/324第24页,本讲稿共88页逆序数计算例逆序数计算例1.2.3.2022/10/325第25页,本讲稿共88页(3)奇偶排列及其
8、性质奇偶排列及其性质 n奇偶排列:逆序数为奇(偶)数的排列奇偶排列:逆序数为奇(偶)数的排列称奇(偶)排列。称奇(偶)排列。n对换:某两数位置互换称排列的一次对换。对换:某两数位置互换称排列的一次对换。定理定理.:任意一个排列经过一次对换奇偶性改变。:任意一个排列经过一次对换奇偶性改变。例:确定奇偶排列;例:确定奇偶排列;幻灯片幻灯片 3232证明证明:(1):(1)相邻情形相邻情形逆序数增加或减少逆序数增加或减少1,1,都改变奇偶性都改变奇偶性;(2)(2)一般情形一般情形相邻两数对换相邻两数对换2s+1次次,改变奇偶性。改变奇偶性。2022/10/326第26页,本讲稿共88页定理定理1.
9、2:1.2:所有所有n!n!个个n n级级排列中奇偶排列各占一半。排列中奇偶排列各占一半。证明:证明:用这种方法,每一个不同的奇排将对应着用这种方法,每一个不同的奇排将对应着一个不同的偶排,故一个不同的偶排,故同理可证同理可证从而从而2022/10/327第27页,本讲稿共88页例例1 1:求:求i i,j j使使2525i4j1i4j1为偶排列。为偶排列。解:解:6 6级排列使级排列使i i、j j只能取只能取3 3或或6 6;由于;由于例例2:2:解:解:所以,所以,i=6,j=3i=6,j=3。奇奇排排列列 偶排列2022/10/328第28页,本讲稿共88页有了逆序数及奇偶排列的概念有
10、了逆序数及奇偶排列的概念,再来再来分析三阶行列式各项的符号与列标排分析三阶行列式各项的符号与列标排列的关系列的关系.2022/10/329第29页,本讲稿共88页 取“-”号(副对角线及平行线)取“+”号(主对角线及平行线)行标成自然排列时行标成自然排列时,列标排列的奇偶性决定符号列标排列的奇偶性决定符号.2022/10/330第30页,本讲稿共88页(二二)n)n阶行列式的定义阶行列式的定义1.2P51.2P5(1 1)一般项:取自不同行不同列的)一般项:取自不同行不同列的n n个元素之积;个元素之积;(2 2)各项下标:使行标成自然顺序,则列标为)各项下标:使行标成自然顺序,则列标为n n
11、级级排列,共有排列,共有n!n!项,奇偶排列各半;项,奇偶排列各半;(3 3)各项符号:列下标奇排列为负,偶排列为正。)各项符号:列下标奇排列为负,偶排列为正。n阶行列式 行列式展开式、一个数请:用一阶、二阶和三阶行列式验证。请:用一阶、二阶和三阶行列式验证。2022/10/331第31页,本讲稿共88页例题:计算上三角行列式例题:计算上三角行列式解:根据定义,从每一项元素取自不同行列解:根据定义,从每一项元素取自不同行列入手,可知其值等于主对角线元素之积。入手,可知其值等于主对角线元素之积。2022/10/332第32页,本讲稿共88页结论:上、下三角、对角行列式的值都等于结论:上、下三角、
12、对角行列式的值都等于 主主对角线元素之积!这提供了一种简便对角线元素之积!这提供了一种简便 常用的行列式计算方法。常用的行列式计算方法。2022/10/333第33页,本讲稿共88页结论:副上下三角、副对角行列式的值都等于结论:副上下三角、副对角行列式的值都等于 副副对角线元素之积,并考虑相应的符号!对角线元素之积,并考虑相应的符号!2022/10/334第34页,本讲稿共88页 n n阶行列式的等价定义阶行列式的等价定义(行列下标都可任意排列)(行列下标都可任意排列)(1 1)(2 2)行标逆序 列标逆序 行标逆序 视视情况情况灵活灵活选用选用定义定义2022/10/335第35页,本讲稿共
13、88页例题例题求四阶行列式中,含求四阶行列式中,含解:所求一般项应为解:所求一般项应为只能取只能取2 2或或4 4,确定,确定而而使使奇数,即可得所求项奇数,即可得所求项且带负号的项。且带负号的项。2022/10/336第36页,本讲稿共88页小结:小结:1.1.二、三阶行列式、对角线法则;二、三阶行列式、对角线法则;2.2.排列的逆序数、奇偶排列;排列的逆序数、奇偶排列;3.3.n n阶行列式定义及其计算。注意,阶行列式定义及其计算。注意,三阶以上行列式无对角线法则!三阶以上行列式无对角线法则!作业布置:作业布置:P351.1.T5T52.2.T10T103.3.T12(2T12(2)()(
14、4 4)2022/10/337第37页,本讲稿共88页第一章:第一章:1.3 行列式的性质行列式的性质行列式的性质行列式的性质 1.4 行列式的展开行列式的展开 目的要求目的要求1.熟练掌握行列式性质,会用性质计算行列式;熟练掌握行列式性质,会用性质计算行列式;2.掌握子式、余子式、代数余子式的求法;掌握子式、余子式、代数余子式的求法;3.理解行列式与代数余子式之间的联系;理解行列式与代数余子式之间的联系;4.掌握行列式的展开方法(按某行、多行展开掌握行列式的展开方法(按某行、多行展开),并会用于简化行列式的计算。并会用于简化行列式的计算。并会用于简化行列式的计算。并会用于简化行列式的计算。2
15、022/10/338第38页,本讲稿共88页一、一、复习复习2.二、三阶行列式的二、三阶行列式的对角线法则对角线法则:1.逆序数逆序数及其求法:及其求法:2022/10/339第39页,本讲稿共88页注意:注意:注意:注意:利用定义计算行列式,一般项取自不同行不利用定义计算行列式,一般项取自不同行不同列的同列的n n个个个个元素之积;符号由下标排列的逆序数确定,元素之积;符号由下标排列的逆序数确定,元素之积;符号由下标排列的逆序数确定,元素之积;符号由下标排列的逆序数确定,正负号各半;展开式一共有正负号各半;展开式一共有正负号各半;展开式一共有正负号各半;展开式一共有n!项。项。.n n阶阶行
16、列式定义行列式定义与计算:与计算:2022/10/340第40页,本讲稿共88页1.31.3行列式行列式性质性质性质性质性质性质性质性质1.1.行列式行列式行列式行列式转置,值不变转置,值不变。转置:行行列列互互换换2022/10/341第41页,本讲稿共88页证:证:用定义证明,参见用定义证明,参见P11。设设注:注:性质性质1表明,行列式的行与列有相同地位。表明,行列式的行与列有相同地位。则则从而从而2022/10/342第42页,本讲稿共88页性质性质2.两行(列)两行(列)互换互换值值变号变号。证:证:用定义证明。参见用定义证明。参见用定义证明。参见用定义证明。参见P11-12(略)略
17、)2022/10/343第43页,本讲稿共88页推论:推论:两行(列)对应元素相同两行(列)对应元素相同值为零值为零。证明:证明:性质性质3.某行(列)的某行(列)的公因子公因子可可外提外提.互换相同的两行,互换相同的两行,2022/10/344第44页,本讲稿共88页推论推论1:某行(列)的元素都为零:某行(列)的元素都为零值为零值为零值为零值为零。推论推论推论推论2 2:两行(列)成比例:两行(列)成比例:两行(列)成比例:两行(列)成比例值为零值为零。(拆分拆分)性质性质4.:若某行(列)元素为:若某行(列)元素为两数两数两数两数 和和,则可拆成,则可拆成,则可拆成,则可拆成两行列式两行
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