线性代数课件第一章.ppt
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1、线性代数线性代数数学科学学院数学科学学院 陆斌陆斌第一章第一章 行列式行列式第一节第一节 二阶与三阶行列式二阶与三阶行列式二阶行列式二阶行列式三阶行列式三阶行列式用消元法解二元线性方程组用消元法解二元线性方程组一、二阶行列式的引入一、二阶行列式的引入方程组的解为方程组的解为由方程组的四个系数确定由方程组的四个系数确定.由四个数排成二行二列(横排称行、竖排由四个数排成二行二列(横排称行、竖排称列)的数表称列)的数表定义定义定义定义即即主对角线主对角线副对角线副对角线对角线法则对角线法则二阶行列式的计算二阶行列式的计算若记若记对于二元线性方程组对于二元线性方程组系数行列式系数行列式则二元线性方程组
2、的解为则二元线性方程组的解为注意注意 分母都为原方程组的系数行列式分母都为原方程组的系数行列式.例例例例1 1 1 1解解二、三阶行列式二、三阶行列式定义定义定义定义记记记记(6 6)式称为数表()式称为数表(5 5)所确定的)所确定的三阶行列式三阶行列式三阶行列式三阶行列式.列标列标行标行标对角线对角线对角线对角线法则法则法则法则注意注意 红线上三元素的乘积冠以正号,蓝线上三红线上三元素的乘积冠以正号,蓝线上三元素的乘积冠以负号元素的乘积冠以负号说明说明1 对角线法则只适用于二阶与三阶行列式对角线法则只适用于二阶与三阶行列式三阶行列式的计算三阶行列式的计算 2 2.三阶行列式包括三阶行列式包
3、括3!3!项项,每一项都是位于不同行每一项都是位于不同行,不同列的三个元素的乘积不同列的三个元素的乘积,其中三项为正其中三项为正,三项为三项为负负.例例例例 解解解解按对角线法则,有按对角线法则,有例例例例3 3 3 3解解解解方程左端方程左端第二节第二节 全排列及其逆序数全排列及其逆序数一、概念的引入一、概念的引入引例引例用用1、2、3三个数字,可以组成多少个没三个数字,可以组成多少个没有重复数字的三位数?有重复数字的三位数?二、全排列及其逆序数二、全排列及其逆序数问题问题定义定义把把 个不同的元素排成一列,叫做这个不同的元素排成一列,叫做这 个个元素的全排列(或排列)元素的全排列(或排列)
4、.个不同的元素的所有排列的种数,通常个不同的元素的所有排列的种数,通常用用 表示表示.由引例由引例同理同理 在一个排列在一个排列 中,若数中,若数 则称这两个数组成一个逆序则称这两个数组成一个逆序.例如例如 排列排列32514 中,中,定义定义 我们规定各元素之间有一个标准次序我们规定各元素之间有一个标准次序,n 个个不同的自然数,规定由小到大为不同的自然数,规定由小到大为标准次序标准次序.排列的逆序数排列的逆序数3 2 5 1 4逆序逆序逆序逆序逆序逆序定义定义 一个排列中所有逆序的总数称为此排列的一个排列中所有逆序的总数称为此排列的逆序数逆序数.3 2 5 1 4于是排列于是排列32514
5、的逆序数为的逆序数为例例1 1 求排列求排列32514的逆序数的逆序数.解解在排列在排列32514中中,分别计算出排列中每个元素前面比它大的数码分别计算出排列中每个元素前面比它大的数码个数之和,即算出排列中每个元素的逆序数,个数之和,即算出排列中每个元素的逆序数,这每个元素的逆序数之总和即为所求排列的逆这每个元素的逆序数之总和即为所求排列的逆序数序数.计算排列逆序数的方法计算排列逆序数的方法计算排列逆序数的方法计算排列逆序数的方法逆序数为奇数的排列称为逆序数为奇数的排列称为奇排列奇排列;逆序数为偶数的排列称为逆序数为偶数的排列称为偶排列偶排列.排列的奇偶性排列的奇偶性例例2 2 计算下列排列的
6、逆序数计算下列排列的逆序数.解解此排列为此排列为偶排列偶排列.解解3 n阶行列式的定义阶行列式的定义一、概念的引入一、概念的引入二、二、n阶行列式的定义阶行列式的定义三、小结三、小结一、概念的引入一、概念的引入三阶行列式三阶行列式说明说明(1)三阶行列式共有)三阶行列式共有 项,即项,即 项项(2)每项都是位于不同行不同列的三个元素的)每项都是位于不同行不同列的三个元素的乘积乘积(3)每项的正负号都取决于位于不同行不同列)每项的正负号都取决于位于不同行不同列 的三个元素的下标排列的三个元素的下标排列例如例如列标排列的逆序数为列标排列的逆序数为列标排列的逆序数为列标排列的逆序数为偶排列偶排列奇排
7、列奇排列二、二、n阶行列式的定义阶行列式的定义定义定义说明说明1、行列式是一种特定的算式,它是根据求解方、行列式是一种特定的算式,它是根据求解方程个数和未知量个数相同的一次方程组的需要而程个数和未知量个数相同的一次方程组的需要而定义的定义的;2、阶行列式是阶行列式是 项的代数和项的代数和;3、阶行列式的每项都是位于不同行、不同阶行列式的每项都是位于不同行、不同列列 个元素的乘积个元素的乘积;4、一阶行列式一阶行列式 不要与绝对值记号相混淆不要与绝对值记号相混淆;5、的符号为的符号为例例1 1计算对角行列式计算对角行列式分析分析展开式中项的一般形式是展开式中项的一般形式是从而这个项为零,从而这个
8、项为零,所以所以 只能等于只能等于 ,同理可得同理可得解解即行列式中不为零的项为即行列式中不为零的项为例例2 2 计算上计算上三角行列式三角行列式分析分析展开式中项的一般形式是展开式中项的一般形式是所以不为零的项只有所以不为零的项只有解解例例3同理可得同理可得下三角行列式下三角行列式例例4 4 证明证明对角行列式对角行列式1、行列式是一种特定的算式,它是根据求解、行列式是一种特定的算式,它是根据求解方程个数和未知量个数相同的一次方程组的需方程个数和未知量个数相同的一次方程组的需要而定义的要而定义的.2、阶行列式共有阶行列式共有 项,每项都是位于不同项,每项都是位于不同行、不同列行、不同列 的的
9、 个元素的乘积个元素的乘积,正负号由下标排正负号由下标排列的逆序数决定列的逆序数决定.三、小结三、小结思考题思考题已知已知思考题解答思考题解答解解含含 的项有两项的项有两项,即即对应于对应于4 对对 换换一、对换的定义一、对换的定义二、对换的性质二、对换的性质三、小结三、小结一、对换的定义一、对换的定义定义定义在排列中,将任意两个元素对调,其余在排列中,将任意两个元素对调,其余元素不动,这种作出新排列的手续叫做元素不动,这种作出新排列的手续叫做对换对换将相邻两个元素对调,叫做将相邻两个元素对调,叫做相邻对换相邻对换例如例如二、对换与排列的奇偶性的关系二、对换与排列的奇偶性的关系定理定理1 1一
10、个排列中的任意两个元素对换,排列一个排列中的任意两个元素对换,排列改变奇偶性改变奇偶性证明证明设排列为设排列为对换对换 与与除除 外,其它元素的逆序数不改变外,其它元素的逆序数不改变.当当 时,时,的逆序数不变的逆序数不变;经对换后经对换后 的逆序数增加的逆序数增加1,经对换后经对换后 的逆序数不变的逆序数不变,的逆序数减少的逆序数减少1.因此对换相邻两个元素,排列改变奇偶性因此对换相邻两个元素,排列改变奇偶性.设排列为设排列为当当 时,时,现来对换现来对换 与与次相邻对换次相邻对换次相邻对换次相邻对换次相邻对换次相邻对换所以一个排列中的任意两个元素对换,排列改变所以一个排列中的任意两个元素对
11、换,排列改变奇偶性奇偶性.推论推论奇排列调成标准排列的对换次数为奇数,奇排列调成标准排列的对换次数为奇数,偶排列调成标准排列的对换次数为偶数偶排列调成标准排列的对换次数为偶数.定理定理2 2 阶行列式也可定义为阶行列式也可定义为其中其中 为行标排列为行标排列 的逆序数的逆序数.证明证明 由定理由定理1知对换的次数就是排列奇偶性的知对换的次数就是排列奇偶性的变化次数变化次数,而标准排列是偶排列而标准排列是偶排列(逆序数为逆序数为0),因此因此知推论成立知推论成立.证明证明按行列式定义有按行列式定义有记记对于对于D中任意一项中任意一项总有且仅有总有且仅有 中的某一项中的某一项与之对应并相等与之对应
12、并相等;反之反之,对于对于 中任意一项中任意一项也总有且仅有也总有且仅有D中的某一项中的某一项与之对应并相等与之对应并相等,于是于是D与与中的项可以一一对应并相等中的项可以一一对应并相等,从而从而定理定理3 3 阶行列式也可定义为阶行列式也可定义为其中其中 是两个是两个 级排列,级排列,为行为行标排列逆序数与列标排列逆序数的和标排列逆序数与列标排列逆序数的和.例例1 1 试判断试判断 和和是否都是六阶行列式中的项是否都是六阶行列式中的项.解解下标的逆序数为下标的逆序数为所以所以 是六阶行列式中的项是六阶行列式中的项.下标的逆序数为下标的逆序数为所以所以 不是六阶行列式中的项不是六阶行列式中的项
13、.例例2 2 在六阶行列式中,下列两项各应带什么符号在六阶行列式中,下列两项各应带什么符号.解解431265的逆序数为的逆序数为所以所以 前边应带正号前边应带正号.行标排列行标排列341562的逆序数为的逆序数为列标排列列标排列234165的逆序数为的逆序数为所以所以 前边应带正号前边应带正号.1.1.一个排列中的任意两个元素对换,排列改一个排列中的任意两个元素对换,排列改变奇偶性变奇偶性2.2.行列式的三种表示方法行列式的三种表示方法三、小结三、小结其中其中 是两个是两个 级排列,级排列,为行为行标排列逆序数与列标排列逆序数的和标排列逆序数与列标排列逆序数的和.5行列式的性质行列式的性质一、
14、行列式的性质一、行列式的性质二、应用举例二、应用举例三、小结三、小结一、行列式的性质一、行列式的性质性质性质性质性质1 1 1 1 行列式与它的转置行列式相等行列式与它的转置行列式相等.行列式行列式 称为行列式称为行列式 的转置行列式的转置行列式.记记证明证明按定义按定义 又因为行列式又因为行列式D可表示为可表示为故故证毕证毕性质性质性质性质2 2 2 2 互换行列式的两行(列)互换行列式的两行(列),行列式变号行列式变号.证明证明证明证明设行列式设行列式说明说明 行列式中行与列具有同等的地位行列式中行与列具有同等的地位,因此行列因此行列式的性质凡是对行成立的对列也同样成立式的性质凡是对行成立
15、的对列也同样成立.是由行列式是由行列式 变换变换 两行得到的两行得到的,于是于是则有则有即当即当 时时,当当 时时,例如例如推论推论 如果行列式有两行(列)完全相同,则如果行列式有两行(列)完全相同,则此行列式为零此行列式为零.证明证明互换相同的两行,有互换相同的两行,有 故故证毕证毕性质性质性质性质3 3 3 3 行列式的某一行(列)中所有的元素都行列式的某一行(列)中所有的元素都乘以同一数乘以同一数 ,等于用数,等于用数 乘此行列式乘此行列式.推论推论推论推论行列式的某一行(列)中所有元素的公因行列式的某一行(列)中所有元素的公因子可以提到行列式符号的外面子可以提到行列式符号的外面性质性质
16、行列式中如果有两行(列)元素成比行列式中如果有两行(列)元素成比例,则此行列式为零例,则此行列式为零证明证明性质性质5 5若行列式的某一列(行)的元素都是两若行列式的某一列(行)的元素都是两数之和数之和.则则D等于下列两个行列式之和:等于下列两个行列式之和:例如例如性质性质把行列式的某一列(行)的各元素乘以把行列式的某一列(行)的各元素乘以同一数然后加到另一列同一数然后加到另一列(行行)对应的元素上去,行对应的元素上去,行列式不变列式不变例如例如例例二、应用举例二、应用举例计算行列式常用方法:利用运算把行列式计算行列式常用方法:利用运算把行列式化为上三角形行列式,从而算得行列式的值化为上三角形
17、行列式,从而算得行列式的值解解例例2 2 计算计算 阶行列式阶行列式解解将第将第 都加到第一列得都加到第一列得例例3 3证明证明证明证明 (行列式中行与列具有同等行列式中行与列具有同等的地位的地位,行列式的性质凡是对行成立的对列也同行列式的性质凡是对行成立的对列也同样成立样成立).计算行列式常用方法:计算行列式常用方法:(1)利用定义利用定义;(2)利利用性质把行列式化为上三角形行列式,从而算得用性质把行列式化为上三角形行列式,从而算得行列式的值行列式的值三、小结三、小结行列式的行列式的6个性质个性质6 行列式按行行列式按行(列列)展开展开二、行列式按行(列)展开法则二、行列式按行(列)展开法
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- 线性代数 课件 第一章
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