АЛГЕБРА
1. МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ. Определения определителя и его основные свойства. Теорема о разложении определителя по элементам строки (столбца). Критерий обратимости матрицы .
Определителем илидетерминантом n-го порядка называется число, записываемое в виде
и вычисляемое по данным числам (действительным или комплексным) – элементам определителя – по следующему закону:
,
распространенная на всевозможные различные перестановки из чисел . Число равно числу транспозиций, которые нужно сделать, чтобы перейти от основной перестановки к перестановке n -го порядка . Произведение называется членом определителя .
Определитель равен сумме произведений всех элементов произвольной его строки (или столбца) на их алгебраические дополнения. Иначе говоря, имеет место разложение d по элементам i-й строки
d = a i 1 A i 1 + a i 2 A i 2 +... + a i n A i n (i = )
или j- го столбца
d = a 1 j A 1 j + a 2 j A 2 j +... + a n j A n j (j = ).
В частности, если все элементы строки (или столбца), кроме одного, равны нулю, то определитель равен этому элементу, умноженному на его алгебраическое дополнение.
Доказательство.
Убедимся в справедливости теоремы на примере разложения определителя 3-го порядка, например, по 1-й строке. По теореме это разложение будет иметь вид: D= = а 11 А 11 + а 12 А 12 + а 13 А 13 = {с учетом определения A ij получим}= =а 11 (-1) 2 М 11 + а 12 (-1) 3 М 12 + а 13 (-1) 4 М 13 = а 11 - а 12 + а 13 = а 11 (а 22 ×а 33 - а 23 ×а 32) - а 12 (а 21 ×а 33 - а 23 ×а 31) + а 13 (а 21 ×а 32 - а 22 ×а 31) = =а 11 ×а 22 ×а 33 + а 12 ×а 23 ×а 31 + а 13 ×а 21 ×а 32 - а 13 ×а 22 ×а 31 - а 12 ×а 21 ×а 33 - а 11 ×а 23 ×а 32 = {по правилу треугольников} = = D. Аналогичный результат получается при разложении определителя по любой строке (столбцу). Fin.
Следствие. Если в i–й строке (j-м столбце) определителя D есть только один ненулевой элемент а ij ¹ 0, то результатом разложения определителя по этой строке (столбцу) будет выражение D = а ij ×А ij .
Определители n-го порядка удовлетворяют свойствам:
1) При транспонировании определителя его значение не меняется, (то есть значение определителя не меняется при замене его строк столбцами с теми же номерами).
Доказательство:
D = = = a 11 ×a 22 - а 12 ×а 21
NB. Следовательно, строки и столбцы определителя равноправны, поэтому его свойства можно формулировать и доказывать либо для строк, либо для столбцов.
2) При взаимной перестановке любых двух строк (столбцов) определителя его знак меняется на противоположный.
Доказательство:
D = = a 11 ×a 22 - а 12 ×а 21 = - (а 12 ×а 21 - a 11 ×a 22) = -
3) Определитель с двумя одинаковыми строками (столбцами) равен нулю.
Доказательство. Пусть определитель D имеет две одинаковые строки. Если поменять их местами, то, с одной стороны, величина определителя не изменится, так как строки одинаковы, а с другой стороны определитель должен поменять свой знак на противоположный по свойству 2. Таким образом, имеем: D = -D Þ D = 0.
4) Общий множитель элементов какой-либо строки (столбца) можно выносить за знак определителя.
Доказательство:
D= = la 11 ×a 22 - lа 12 ×а 21 = l(a 11 ×a 22 - а 12 ×а 21) = l .
Следствие: D = = l×m .
NB. Правило умножения определителя на число. Чтобы умножить определитель на число, надо все элементы какой-то одной его строки (столбца) умножить на это число.
5) Определитель с нулевой строкой (столбцом) равен нулю.
Доказательство. По свойству 4 вынесем общий множитель l = 0 элементов нулевой строки (столбца) за знак определителя. Получим 0×D = 0.
6) Определитель с двумя и более пропорциональными строками (столбцами) равен нулю.
Доказательство. Если вынести за знак определителя коэффициент пропорциональности двух строк (столбцов) l≠0, то получится определитель с двумя одинаковыми строками (столбцами), равный нулю по свойству 3.
7) Если каждый элемент какой-либо строки (столбца) определителя представить в
виде суммы k слагаемых, то такой определитель равен сумме k определителей, у которых элементы этой строки (столбца) заменены соответствующими слагаемыми, а все остальные элементы такие же как у исходного определителя.
Доказательство:
D= = (а 11 + b 11)а 22 - (а 12 + b 12)а 21 = (а 11 а 22 - а 12 а 21) + (b 11 а 22 - b 12 а 21) = = + .
Опр. n-ая строка определителя называется линейной комбинацией его остальных (n-1) строк, если ее можно представить в виде суммы произведений этих строк на соответствующие числа l 1 , l 2 , …, l n - 1 . Например, в определителе
3–я строка является линейной комбинацией первых двух строк.
NB. Линейная комбинация называется тривиальной, если в ней "l i = 0. В противном случае линейная комбинация называется нетривиальной (if $l i ¹ 0).
8 а) Если одна строка (столбец) определителя является линейной комбинацией других его строк (столбцов), то такой определитель равен нулю.
Доказательство: D =
8 б) Величина определителя не изменится, если к элементам любой его строки (столбца) прибавить соответствующие элементы любой другой строки (столбца) определителя, умноженные на одно и то же число.
Доказательство:
Пусть D= Þ {к 1-й строке прибавим 2-ю строку, умноженную на число l} Þ
9) Сумма произведений элементов какой-либо строки (столбца) определителя на алгебраические дополнения соответствующих элементов любой другой строки (столбца) определителя равна нулю, то есть = 0 (if i ≠ j).Например, пусть
Тогда а 11 А 21 + а 12 А 22 + а 13 А 23 = 0, так как выполнено умножение элементов 1-ой строки определителя на алгебраические дополнения соответствующих элементов 2-ой строки.
Доказательство:
а 11 А 21 + а 12 А 22 + а 13 А 23 = а 11 ×(-1) 2+1 + а 12 ×(-1) 2+2 + а 13 ×(-1) 2+3 =
={это есть разложение по 1-й строке определителя (-1)× = 0}= 0.
Если определитель D¹0, то по свойству 8 б) в нем всегда можно «обнулить» i-ю строку (j-й столбец) до единственного ненулевого элемента и разложить определитель по этой строке (столбцу). Применяя эту операцию нужное число раз, всегда можно из определителя n-го порядка получить определитель 2-го порядка.
Задание. Вычислить определитель , разложив его по элементам какой-то строки или какого-то столбца.
Решение. Предварительно выполним элементарные преобразования над строками определителя, сделав как можно больше нулей либо в строке, либо в столбце. Для этого вначале от первой строки отнимем девять третьих, от второй - пять третьих и от четвертой - три третьих строки, получаем:
Полученный определитель разложим по элементам первого столбца:
Полученный определитель третьего порядка также разложим по элементам строки и столбца, предварительно получив нули, например, в первом столбце. Для этого от первой строки отнимаем две вторые строки, а от третьей - вторую:
Ответ.
1. Правило треугольника
Схематически это правило можно изобразить следующим образом:
Произведение элементов в первом определителе, которые соединены прямыми, берется со знаком "плюс"; аналогично, для второго определителя - соответствующие произведения берутся со знаком "минус", т.е.
2. Правило Саррюса
Справа от определителя дописывают первых два столбца и произведения элементов на главной диагонали и на диагоналях, ей параллельных, берут со знаком "плюс"; а произведения элементов побочной диагонали и диагоналей, ей параллельных, со знаком "минус":
3. Разложение определителя по строке или столбцу
Определитель равен сумме произведений элементов строки определителя на их алгебраические дополнения. Обычно выбирают ту строку/столбец, в которой/ом есть нули. Строку или столбец, по которой/ому ведется разложение, будет обозначать стрелкой.
Задание. Разложив по первой строке, вычислить определитель
Решение.
Ответ.
4.Приведение определителя к треугольному виду
С помощью элементарных преобразований над строками или столбцами определитель приводится к треугольному виду и тогда его значение, согласно свойствам определителя, равно произведению элементов стоящих на главной диагонали.
Пример
Задание. Вычислить определитель приведением его к треугольному виду.
Решение. Сначала делаем нули в первом столбце под главной диагональю. Все преобразования будет выполнять проще, если элемент будет равен 1. Для этого мы поменяем местами первый и второй столбцы определителя, что, согласно свойствам определителя, приведет к тому, что он сменит знак на противоположный:
АЛГЕБРА
МАТРИЦЫ И ОПРЕДЕЛИТЕЛИ. Определения определителя и его основные свойства. Теорема о разложении определителя по элементам строки (столбца). Критерий обратимости матрицы .
Определителем илидетерминантом n -го порядка называется число, записываемое в виде
и вычисляемое по данным числам (действительным или комплексным) – элементам определителя – по следующему закону:
,
распространенная
на всевозможные различные перестановки
из чисел
.
Число
равно числу транспозиций, которые нужно
сделать, чтобы перейти от основной
перестановки
к перестановкеn
-го
порядка
.
Произведение
называетсячленом
определителя
.
Теорема (разложение определителя по строке или столбцу).
Определитель равен сумме произведений всех элементов произвольной его строки (или столбца) на их алгебраические дополнения. Иначе говоря, имеет место разложение d по элементам i-й строки
d
= a i
1
A i
1
+ a i
2
A i
2
+... + a i
n
A i
n
(i =
)
или j- го столбца
d
= a 1
j
A 1
j
+ a 2
j
A 2
j
+... + a n
j
A n
j
(j
=
).
В частности, если все элементы строки (или столбца), кроме одного, равны нулю, то определитель равен этому элементу, умноженному на его алгебраическое дополнение.
Доказательство.
Убедимся в
справедливости теоремы на примере
разложения определителя 3-го порядка,
например, по 1-й строке. По теореме это
разложение будет иметь вид: =
=
а 11 А 11
+ а 12 А 12
+ а 13 А 13
= {с учетом определения A ij
получим}= =а 11 (1) 2 М 11
+ а 12 (1) 3 М 12
+ а 13 (1) 4 М 13
= а 11
а 12
+ а 13
= а 11 (а 22 а 33
а 23 а 32)
а 12 (а 21 а 33
а 23 а 31)
+ а 13 (а 21 а 32
а 22 а 31)
= =а 11 а 22 а 33
+ а 12 а 23 а 31
+ а 13 а 21 а 32
а 13 а 22 а 31
а 12 а 21 а 33
а 11 а 23 а 32
= {по правилу треугольников} =
=.
Аналогичный результат получается при
разложении определителя по любой строке
(столбцу). Fin.
Следствие. Если в i–й строке (j-м столбце) определителя есть только один ненулевой элемент а ij 0, то результатом разложения определителя по этой строке (столбцу) будет выражение = а ij А ij .
Определители n -го порядка удовлетворяют свойствам:
1) При транспонировании определителя его значение не меняется, (то есть значение определителя не меняется при замене его строк столбцами с теми же номерами).
Доказательство:
=
=
= a 11 a 22
а 12 а 21
NB. Следовательно, строки и столбцы определителя равноправны, поэтому его свойства можно формулировать и доказывать либо для строк, либо для столбцов.
2) При взаимной перестановке любых двух строк (столбцов) определителя его знак меняется на противоположный.
Доказательство:
=
=
a 11 a 22
а 12 а 21
=
(а 12 а 21
a 11 a 22)
=
3) Определитель с двумя одинаковыми строками (столбцами) равен нулю.
Доказательство. Пусть определитель имеет две одинаковые строки. Если поменять их местами, то, с одной стороны, величина определителя не изменится, так как строки одинаковы, а с другой стороны определитель должен поменять свой знак на противоположный по свойству 2. Таким образом, имеем: = = 0.
4) Общий множитель элементов какой-либо строки (столбца) можно выносить за знак определителя.
Доказательство:
=
=a 11 a 22
а 12 а 21
= (a 11 a 22
а 12 а 21)
=
.
Следствие:
=
=
.
NB. Правило умножения определителя на число. Чтобы умножить определитель на число, надо все элементы какой-то одной его строки (столбца) умножить на это число.
5) Определитель с нулевой строкой (столбцом) равен нулю.
Доказательство. По свойству 4 вынесем общий множитель = 0 элементов нулевой строки (столбца) за знак определителя. Получим 0 = 0.
6) Определитель с двумя и более пропорциональными строками (столбцами) равен нулю.
Доказательство. Если вынести за знак определителя коэффициент пропорциональности двух строк (столбцов) ≠0, то получится определитель с двумя одинаковыми строками (столбцами), равный нулю по свойству 3.
7) Если каждый элемент какой-либо строки (столбца) определителя представить в
виде суммы k слагаемых, то такой определитель равен сумме k определителей, у которых элементы этой строки (столбца) заменены соответствующими слагаемыми, а все остальные элементы такие же как у исходного определителя.
Доказательство:
=
=
(а 11 +
b 11)а 22
(а 12
+ b 12)а 21
= (а 11 а 22
а 12 а 21)
+ (b 11 а 22
b 12 а 21)
= =
+
.
Опр. n-ая строка определителя называется линейной комбинацией его остальных (n1) строк, если ее можно представить в виде суммы произведений этих строк на соответствующие числа 1 , 2 , …, n 1 . Например, в определителе
3–я строка является линейной комбинацией первых двух строк.
NB. Линейная комбинация называется тривиальной, если в ней i = 0. В противном случае линейная комбинация называется нетривиальной (if i 0).
8 а) Если одна строка (столбец) определителя является линейной комбинацией других его строк (столбцов), то такой определитель равен нулю.
Доказательство: =
8 б) Величина определителя не изменится, если к элементам любой его строки (столбца) прибавить соответствующие элементы любой другой строки (столбца) определителя, умноженные на одно и то же число.
Доказательство:
Пусть =
{к 1-й строке прибавим 2-ю строку, умноженную
на число }
=
.
9) Сумма произведений
элементов какой-либо строки (столбца)
определителя на алгебраические дополнения
соответствующих элементов любой другой
строки (столбца) определителя равна
нулю, то есть
=
0 (if
i
≠ j).Например,
пусть
=
0
Тогда а 11 А 21 + а 12 А 22 + а 13 А 23 = 0, так как выполнено умножение элементов 1-ой строки определителя на алгебраические дополнения соответствующих элементов 2-ой строки.
Доказательство:
а 11 А 21
+ а 12 А 22
+ а 13 А 23
= а 11 (1) 2+1
+ а 12 (1) 2+2
+ а 13 (1) 2+3
=
={это есть разложение
по 1-й строке определителя (1)
= 0}= 0.
Если определитель 0, то по свойству 8 б) в нем всегда можно «обнулить» i-ю строку (j-й столбец) до единственного ненулевого элемента и разложить определитель по этой строке (столбцу). Применяя эту операцию нужное число раз, всегда можно из определителя n-го порядка получить определитель 2-го порядка.
Обратная матрица
Опр. Матрица называется присоединенной (союзной) к квадратной матрице А, если она состоит из алгебраических дополнений элементов транспонированной матрицы А т. Чтобы получить присоединенную матрицу , следует транспонировать матрицу А, а затем все ее элементы заменить их алгебраическими дополнениями, то есть
=
(3.1)
Опр. Квадратная матрица А называется вырожденной (особенной), если ее определитель |A|=0, и невырожденной, если ее определитель |A|0.
Опр. Квадратная матрица А 1 называется обратной (инверсной) к квадратной матрице А, если выполняется условие
А 1 А = АА 1 = Е (3.2)
NB. Обратная матрица А 1 возможна только для невырожденной матрицы А.
Теорема.
Для любой невырожденной квадратной матрицы А существует единственная обратная матрица А 1 , которая находится по формуле
А 1 = (3.3)
Доказательство.
1) Из определения А 1 А = АА 1 следует, что А и А - 1 это квадратные матрицы одного порядка.
Пусть матрица А – невырожденная, то есть |A|0. Тогда, по правилу умножения матриц, по теореме Лапласа и по свойству 9 определителей, получим
А=
=
=
= |A|= |A|E
Следовательно, А= |A|E. Аналогично доказывается, чтоА = |A|E.
Из А= |A|E А 1 А = А - 1 ×|A|E Е = А 1 |A| = А 1 |A| А 1 = .
2) Докажем единственность обратной матрицы. Предположим, что для матрицы А существует еще одна обратная матрица В. Тогда, согласно определению произведение АВ=Е. Обе части последнего равенства умножим слева на обратную матрицу А 1 и получим: А 1 АВ = А 1 Е ЕВ = А 1 Е В = А 1 . Fin.
Свойства обратной матрицы:
АЛГЕБРА МНОГОЧЛЕНОВ. Наибольший общий делитель двух многочленов (алгоритм Евклида).
Многочленом n -ой степени называется функция вида
где
– постоянные коэффициенты (действительные
или комплексные), а– комплексная переменная, которая может
принимать любые комплексные значения
или, выражаясь геометрическим языком,может быть любой точкой комплексной
плоскости.
Если
при
,
то числоназываетсякорнем
или нулем
многочлена
.
Для многочленов определены следующие арифметические операции:
В результате операций 1) и 2) снова получится многочлен. Частное двух многочленов может не быть многочленом.
Деление многочленов с остатком.
,
где
– частное, а
– остаток.
Теорема Безу.
Для того, чтобы
многочлен
имел (комплексный) корень,
необходимо и достаточно, чтобы он делился
на
,
т.е. чтобы его можно было представить в
виде произведения,
где
– некоторый многочлен степениn
-1
.
Если при разложении
,
то на основании теоремы Безу применимой
к
,
многочлен
не делится на
,
а
хотя и делится на
,
но не делится на
.
В этом случае говорят, что–простой
корень (нуль)
многочлена
.
Пусть теперь
.
Тогда по теореме Безу, применимой к
,
многочлен
делится на
,
и мы получим
,
где
– некоторый многочлен степениn
-2
.
Если
,
то
делится на
,
но не делится на
,
и тогда числоназываетсякорнем
(нулем) кратности 2
.
В общем случае для
некоторого натурального
имеет место
где
– многочлен степениn
-
s
,
и тогда говорят, что
–корень
(нуль) многочлена
кратности
s
.
Теорема Гаусса (основная теорема алгебры).
Всякий многочлен
n
-ой
степени (ненулевой, т.е.
)
имеет по крайней мере один комплексный
корень (нуль).
Следствие из теоремы Гаусса.
Многочлен n
-ой
степени
со старшим не равным нулю коэффициентом
имеетn
комплексных корней с учетом кратности,
иначе говоря
представляется в виде произведения
где
– различные корникратностей, соответственно
.
Если
у многочлена с вещественными коэффициентами
есть комплексные корни, то они входят
сопряженными парами, т.е. если
– корень многочлена,
то и корень
будет являться корнем многочлена.
Раскладывая
в разложении на квадратичные множители
многочлена
комплексные корни
на сопряженные, т.е.
получим разложение многочленана линейные множители.
В результате получим разложение вида
где
отвечает вещественному корнюb
кратности l
,
а
– комплексным корнямикратностиm
.
Наибольший общий делитель многочленов
Пусть даны
произвольные многочлены
и
.
Многочлен будет называтьсяобщим
делителем
для
и
,
если он служит делителем для каждого
из этих многочленов. Свойство 5. показывает,
что к числу общих делителей многочленов
и
принадлежат все многочлены нулевой
степени. Если других общих делителей
эти два многочлена не имеют, то они
называютсявзаимно
простыми
.
В общем же случае
многочлены
и
могут обладать делителями, зависящими
от,
и введем понятие онаибольшем
общем делителе
этих многочленов.
Наибольшим общим
делителем
отличных от нуля многочленов
и
называется такой многочлен
,
который является их общим делителем и,
вместе с тем, сам делится на любой другой
общий делитель этих многочленов.
Обозначается наибольший общий делитель
многочленов
и
символом
.
Это определение
оставляет открытым вопрос, существует
ли наибольший общий делитель для любых
многочленов
и
.
Ответ на этот вопрос положительный.
Существует метод для практического
разыскания наибольшего общего делителя
данных многочленов, называемыйалгоритмом
последовательного деления
или
алгоритмом
Евклида.
Алгоритм Евклида – метод для нахождения наибольшего общего делителя двух целых чисел, а также двух многочленов от одного переменного. Он первоначально был изложен в «Началах» Евклида в геометрической форме как способ нахождения общей меры двух отрезков. Алгоритм Евклида для нахождения наибольшего общего делителя, как в кольце целых чисел, так и в кольце многочленов от одного переменного является частным случаем некого общего алгоритма в евклидовых кольцах.
Алгоритм Евклида
для нахождения наибольшего общего
делителя двух многочленов
и
состоит в последовательном делении с
остатком
на
,
затем
на первый остаток
,
затем
на второй
остаток
и так далее.
Так как степени остатков все время
понижаются, то в этой цепочке
последовательных делений мы дойдем до
такого места, на котором деление
совершится нацело и процесс остановится.
Последний отличный от нуля остаток
,
на который нацело делится предыдущий
остаток
,
и является наибольшим общим делителем
многочленов
и
.
Для доказательства запишем изложенное в виде следующей цепочки равенств:
Последнее равенство
показывает, что
служит делителем для
.
Отсюда следует, что оба слагаемых правой
части предпоследнего равенства делятся
на
,
а поэтому
будет делителем и для
.
Далее, таким же путем, поднимаясь вверх,
мы получим, что
является делителем и для
,
…,
,
.
Отсюда ввиду второго равенства, будет
следовать, что
служит делителем для
,
а поэтому, на основании первого равенства,
- и для
.
Возьмем теперь
произвольный общий делитель
многочленов
и
.
Так как левая часть и первое слагаемое
правой части первого из равенств делятся
на
,
то
также будет делится на
.
Переходя ко второму и следующему
равенствам, таким же способом получим,
что на
делятся многочлены
,
,
… Наконец, если уже будет доказано, что
и
делятся на
,
то из предпоследнего равенства получим,
что
делится на
.
Таким образом,
на самом деле будет наибольшим общим
делителем для
и
.
Мы доказали, что
любые два многочлена обладают наибольшим
общим делителем, и получили способ его
вычисления. Этот способ показывает, что
если многочлены
и
имеют оба
рациональные или действительные
коэффициенты, то и коэффициенты их
наибольшего общего делителя также будут
рациональными или, соответственно,
действительными,
хотя у этих многочленов могут существовать
и такие делители, не все коэффициенты
которых рациональны (действительны).
При нахождении определителей второго, третьего порядка можно пользоваться стандартными формулами (2 - разница произведения диагональных элементов, 3 - правило треугольника). Однако для вычисления определителя четвертого, пятого порядка и старших гораздо быстрее разложить их по элементам строки или столбца, содержащего больше всего нулей и свести к расчету нескольких определителей на единицу меньшего порядка.
Схемы знаков при минорах для детерминантов 3-го - 5-го порядка приведены ниже.
Их не трудно запомнить, если знать следующие правила:
Дополнение к элементам главной диагонали идут со знаком «+»
, а на параллельных диагоналям чередуются «-», «+», «-», ...
Дополнение к элементам нечетных столбцов и строк начинаются с знака «+»
, а дальше чередуются «-», «+»
, для парных начинаются со знака «-»
, а дальше поочередно меняются «+», «-»,...
Вторым правилом пользуется большинство студентов, поскольку оно привязано к столбца или строки по которому осуществляется расписание определителя.
Перейдем к рассмотрению примеров разложения определителя и изучению особенностей этого метода.
Разложить определитель третьего порядка по элементам первой строки и второго столбца
Проводим разложение определителя по элементам первой строки
Подобным образом выполняем вычисления разложения по элементам второго столбца
Оба значения одинаковы, а значит расчеты проведены правильно. Если у Вас получится что определители полученные расписанием по строке и столбцу не совпадают - значит где-то допущена ошибка при вычислениях и нужно перечислить или найти ее.
Найти определитель четвертого порядка методом разложения
Проводим разложение по элементам третьей строки (выделена красным) так как в ней больше всего нулевых элементов.
Определители, входящие в расписание находим по правилу треугольников
Найденные значения подставляем и посчитываем
На этом примере метод разложения показал свою эффективность и простоту. Стандартные правила оказались бы слишком громоздкими в вычислениях.
Найти определитель пятого порядка методом разложения
Определение1. 7 . Минором элемента определителя называется определитель, полученный из данного путем вычеркивания строки и столбца, в которых стоит выбранный элемент.
Обозначение: выбранный элемент определителя, его минор.
Пример. Для
Определение1. 8. Алгебраическим дополнением элемента определителя называется его минор, если сумма индексов данного элемента i+j есть число четное, или число, противоположное минору, если i+j нечетно, т.е.
Рассмотрим еще один способ вычисления определителей третьего порядка – так называемое разложение по строке или столбцу. Для этого докажем следующую теорему:
Теорема 1.1 . Определитель равен сумме произведений элементов любой его строки или столбца на их алгебраические дополнения, т.е.
где i=1,2,3.
Доказательство.
Докажем теорему для первой строки определителя, так как для любой другой строки или столбца можно провести аналогичные рассуждения и получить тот же результат.
Найдем алгебраические дополнения к элементам первой строки:
Таким образом, для вычисления определителя достаточно найти алгебраические дополнения к элементам какой-либо строки или столбца и вычислить сумму их произведений на соответствующие элементы определителя.
Пример. Вычислим определитель с помощью разложения по первому столбцу. Заметим, что при этом искать не требуется, так как следовательно, и Найдем и Следовательно,
Определители более высоких порядков .
Определение1. 9 . Определитель n-го порядка
есть сумма n! членов каждый из которых соответствует одному из n! упорядоченных множеств полученных r попарными перестановками элементов из множества 1,2,…,n.
Замечание 1. Свойства определителей 3-го порядка справедливы и для определителей n-го порядка.
Замечание 2. На практике определители высоких порядков вычисляют с помощью разложения по строке или столбцу. Это позволяет понизить порядок вычисляемых определителей и в конечном счете свести задачу к нахождению определителей 3-го порядка.
Пример. Вычислим определитель 4-го порядка с помощью разложения по 2-му столбцу. Для этого найдем и :
Следовательно,
Теоре́ма Лапла́са - одна из теорем линейной алгебры. Названа в честь французского математика Пьера-Симона Лапласа (1749 - 1827), которому приписывают формулирование этой теоремы в 1772 году , хотя частный случай этой теоремы о разложении определителя по строке (столбцу) был известен ещё Лейбницу.
олнение минора определяется следующим образом:
Справедливо следующее утверждение.
Число миноров, по которым берётся сумма в теореме Лапласа, равно числу способов выбрать столбцов из , то есть биномиальному коэффициенту .
Так как строки и столбцы матрицы равносильны относительно свойств определителя, теорему Лапласа можно сформулировать и для столбцов матрицы.
Разложение определителя по строке (столбцу) (Следствие 1)
Широко известен частный случай теоремы Лапласа - разложение определителя по строке или столбцу. Он позволяет представить определитель квадратной матрицы в виде суммы произведений элементов любой её строки или столбца на их алгебраические дополнения.
Пусть - квадратная матрица размера . Пусть также задан некоторый номер строки либо номер столбца матрицы . Тогда определитель может быть вычислен по следующим формулам.