Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ВЫСШЕЙ МАТЕМАТИКЕ. Ч1.pdf
Скачиваний:
250
Добавлен:
27.05.2019
Размер:
3.56 Mб
Скачать

10

Замечание. Доказательства свойств 1 – 7 проводится непосредственным вычислением определителей.

2.2 Определители третьего порядка

Определение. Пусть дана квадратная матрица третьего порядка

a

a

11

12

A = a21

a22

a31

a32

a13 a23 . a33

Определителем (или детерминантом) третьего порядка, соответствующим данной матрице, называют число, получаемое по правилу:

 

a11

a12

a13

 

 

a22

a23

 

 

a21

a23

 

 

a21

a22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

det A =

a

 

a

 

a

 

= a

 

a

 

+ a

 

. (2)

 

 

21

 

22

 

23

11

 

a32

a33

12

 

a31

a33

13

 

a31

a32

 

 

a31

a32

a33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Числа a11 , a12 , …, a33 называют элементами определителя.

Таким образом, формула (2) дает разложение определителя третьего порядка по элементам первой строки и сводит его вычисление к вычислению определителей второго порядка. Применяя правило вычисления определителей второго порядка, из соотношения (2) получаем

 

a11

a12

a13

 

= a11 (a22 a33 a32 a23 )a12 (a21 a33 a31 a23 )+

 

 

 

 

 

a21

a22

a23

 

 

 

a31

a32

a33

 

 

 

+ a13 (a21 a32 a31 a22 )= a11 a22 a33 + a12 a31 a23 + a13 a21 a32

 

a11 a32 a23 a12 a21 a33 a13 a31 a22 .

(3)

Для того, чтобы запомнить, какие произведения в правой части соотношения (3) следует брать со знаком “+”, какие – со знаком “–”, полезно следующее графическое правило, называемое правилом треугольников:

a

a

a

 

a11

a12

a13

 

 

 

 

 

11

12

13

 

a21

a22

a23

 

a21

a22

a23

– со знаком “+”;

– со знаком “–”.

a31

a32

a33

 

a31

a32

a33

 

Для нахождения значения определителя третьего порядка также можно указать мнемоническое правило Саррюса: приписать к определителю справа два первых столбца, не меняя их порядка, и составить сумму произведений элементов главной диагонали и элементов диагоналей, параллельных ей, из которой затем вычесть сумму произведений элементов побочной диагонали и элементов диагоналей, параллельных ей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

a11

a12

a13

 

 

a11

a12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a21

a22

a23

 

a21

a22

 

= a11 a22 a33 + a12 a23 a31 + a13 a21 a32

a

a

a

 

a

31

a

32

 

 

a13 a22 a31 a11 a23 a32 a12 a21 a33 .

31

32

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

+

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

4

 

= 2

 

 

6 7

 

3

 

5 7

 

+ (4)

 

5 6

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 6

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

0

3

 

 

 

 

 

 

0

3

 

 

 

8

3

 

 

 

8

0

 

 

 

 

 

 

= 2 18 3 (41)4 (48)= 351.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Замечание. Все свойства 1 – 7 определителей второго порядка остаются справедливыми и для определителей 3-го порядка.

Определение. Пусть дан определитель третьего порядка

a11

a12

a13

 

a21

a22

a23

.

a31

a32

a33

 

Минором определителя третьего порядка, соответствующим элементу aij , на-

зывается определитель второго порядка, получающийся из данного “вычеркиванием” i -й строки и j -го столбца.

Минор, соответствующий элементу aij , принято обозначать Mij . Так, например, минор M12 , соответствующий элементу a12 , есть определитель

M12 =

a21

a23

.

 

 

a31

a33

 

 

 

Определение. Алгебраическим дополнением элемента определителя

aij называют соответствующий ему минор, взятый со знаком (1)i + j .

 

Алгебраическое дополнение элемента aij принято обозначать

Aij . Та-

ким образом, имеет место соотношение

 

 

 

 

A = (1)i + j M

ij

.

(4)

ij

 

 

 

Исходя из вышесказанного соотношение (2) можно переписать в виде

det A = a11 A11 + a12 A12 + a13 A13 .

(5)

Аналогично формуле (5), дающей разложение определителя третьего порядка по элементам первой строки, можно получить разложение по элементам любой его строки или столбца.

12

Например, разложение определителя по элементам второй строки можно получить из формулы (2), используя свойство 2 определителей:

 

 

 

 

a11

a12

 

a13

 

 

 

 

a21

 

a22

 

 

 

a23

 

 

 

det A =

 

a21

a22

 

a23

 

 

 

= −

a11

 

a12

 

 

 

a13

=

 

 

 

 

 

 

a31

a32

 

a33

 

 

 

 

a31

 

a32

 

 

 

a33

 

 

 

= −a

21

 

 

a12

a13

 

+ a

22

 

 

 

a11

a13

 

a

23

 

 

a11

a12

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a32

a33

 

 

 

 

 

a31

a33

 

 

 

 

a31

a32

 

 

= a21 A21 + a22 A22 + a23 A23 .

Этот результат можно сформулировать следующим образом.

Свойство 8. Определитель равен сумме попарных произведений элементов какой-либо его строки (столбца) на их алгебраические дополнения.

Свойство 9. Сумма попарных произведений элементов какой-либо строки (или столбца) определителя на алгебраические дополнения соответствующих элементов другой строки (столбца) этого же определителя равна нулю.

Доказательство. Свойство докажем для алгебраических дополнений элементов второй строки определителя.

Рассмотрим сумму попарных произведений вида

b1 A21 + b2 A22 + b3 A23 ,

где b1 , b2 , b3 – некоторые произвольные числа. По свойству 8 определителей имеем

 

 

a11

a12

a13

 

 

b1

A21 + b2 A22 + b3 A23 =

b1

b2

b3

.

(6)

 

 

a31

a32

a33

 

 

Если вместо b1 , b2

, b3 в левой части соотношения (6) подставить a11 , a12 , a13

или a31 , a32 , a33 соответственно, то в правой части этого соотношения полу-

чим определитель с двумя одинаковыми строками, который по свойству 3 равен нулю. Аналогично поступают и с алгебраическими дополнениями элементов других строк и столбцов определителя.

2.3 Понятие об определителях высших порядков

Во многих задачах кроме определителей второго и третьего порядков встречаются также определители более высоких порядков. Например, определитель четвертого порядка

13

a11

a12

a13

a14

a21

a22

a23

a24

a31

a32

a33

a34

a41

a42

a43

a44

и вообще определитель n -го порядка

a11

a12

...

a1n

 

a21

a22

...

a2n

.

...

...

...

...

 

an1

an2

...

ann

 

Определитель четвертого порядка есть число, получающееся следующим образом:

a11

a12

a13

a14

 

 

a22

a23

a24

 

 

a21

a23

a24

 

 

 

 

 

 

a21

a22

a23

a24

 

 

 

 

 

= a

 

a

32

a

33

a

34

 

 

a

 

a

31

a

33

a

34

+

a31

a32

a33

a34

11

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

a42

a43

a44

 

 

a41

a43

a44

 

a41

a42

a43

a44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a21

a22

a24

 

 

 

a21

a22

a23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ a13

a31

a32

a34

 

a14

a31

a32

a33

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a41

a42

a44

 

 

 

a41

a42

a43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогично вычисляются определители более высоких порядков.

Замечание. Все свойства определителей 1 – 9 остаются справедливыми для определителей любого порядка.

Замечание. Если в определителе все элементы какой-либо строки (столбца), кроме одного, равны нулю, то при вычислении определителя выгодно разложить его по элементам этой строки (столбца). Если такой строки (столбца) нет, то, используя свойство 7 определителей, его можно преобразовать так, чтобы он имел такую строку (столбец).

 

Пример 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 2

1

4

 

 

3

0

 

 

0

0

 

3

0

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

3

0

6

 

 

1

3

 

 

0

6

 

 

 

 

=

 

 

= −3

2

1

4

=

 

2

2

1

4

 

 

2

2

 

 

1

4

 

1

2

1

 

 

3

1

2 1

 

3

1

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

0

0

 

 

 

 

 

1

8

 

 

= −117 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

2

1

8

 

 

= −3 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

 

 

 

 

 

2

3