Понижение порядка определителя. Разложение определителя по строке (столбцу).
Для определителя четвёртого и более высоких порядков обычно применяются иные методы вычисления, нежели использование готовых формул как для вычисления определителей второго и третьего порядков. Один из методов вычисления определителей высших порядков – использование следствия из теоремы Лапласа (саму теорему можно посмотреть, например, в книге А.Г. Куроша «Курс высшей алгебры»). Это следствие позволяет разложить определитель по элементам некоторой строки или столбца. При этом вычисление определителя n-го порядка сводится к вычислению n определителей (n-1)-го порядка. Именно поэтому такое преобразование именуют понижением порядка определителя. Например, вычисление определителя четвёртого порядка сводится к нахождению четырёх определителей третьего порядка.
Допустим, нам задана квадратная матрица n-го порядка, т.е. $A=\left( \begin
Зафиксируем некоторую строку, номер которой равен $i$. Тогда определитель матрицы $A_
$A_
Что обозначает знак $\sum$? показать\скрыть
Допустим, мы хотим найти сумму $1^2+2^2+3^2+4^2+5^2$. Какой фразой можно охарактеризовать запись $1^2+2^2+3^2+4^2+5^2$? Можно сказать так: это сумма единицы в квадрате, двойки в квадрате, тройки в квадрате, четвёрки в квадрате и пятёрки в квадрате. А можно сказать покороче: это сумма квадратов целых чисел от 1 до 5. Чтобы выражать сумму более коротко и служит запись с помощью буквы $\sum$ (это греческая буква «сигма»).
Вместо $1^2+2^2+3^2+4^2+5^2$ мы можем использовать такую запись: $\sum\limits_
Расшифруем запись $\sum\limits_
Следующее целое число после единицы – двойка, поэтому подставляя $i=2$, получим: $i^2=2^2$. Сумма теперь станет такой:
После двойки следующее число – тройка, поэтому подставляя $i=3$ будем иметь: $i^2=3^2$. И сумма примет вид:
Осталось подставить лишь два числа: 4 и 5. Если подставить $i=4$, то $i^2=4^2$, а если подставить $i=5$, то $i^2=5^2$. Значения $i$ достигли верхнего предела суммирования, поэтому слагаемое $5^2$ будет последним. Итак, окончательно сумма теперь такова:
Эту сумму можно и вычислить, банально сложив числа: $\sum\limits_
Для практики попробуйте записать и вычислить следующую сумму: $\sum\limits_
Аналог формулы (1) существует и для столбцов. Формула для разложения определителя по j-му столбцу выглядит следующим образом:
Правила, выраженные формулами (1) и (2), можно сформулировать так: определитель равен сумме произведений элементов некоей строки или столбца на алгебраические дополнения этих элементов. Для наглядности рассмотрим определитель четвёртого порядка, записанный в общем виде. Для примера разложим его по элементам четвёртого столбца (элементы этого столбца выделены зелёным цветом):
Аналогично, раскладывая, к примеру, по третьей строке, получим такую формулу для вычисления определителя:
Вычислить определитель матрицы $A=\left( \begin
Нам нужно вычислить определитель третьего порядка $\Delta A=\left| \begin
Для нашей матрицы $a_<11>=5$, $a_<12>=-4$, $a_<13>=3$. Для вычисления алгебраических дополнений $A_<11>$, $A_<12>$, $A_<13>$ станем использовать формулу №1 из темы, посвящённой определителям второго и третьего порядков. Итак, искомые алгебраические дополнения таковы:
Как мы нашли алгебраические дополнения? показать\скрыть
Для подробной информации об этом понятии рекомендую глянуть тему Алгебраические дополнения и миноры. Краткая суть выражена на рисунке ниже:
Подставляя все найденные значения в записанную выше формулу, получим:
$$ \Delta A= a_<11>\cdot A_<11>+a_<12>\cdot A_<12>+a_<13>\cdot A_<13>=5\cdot<8>+(-4)\cdot(-37)+3\cdot(-18)=134. $$
Как видите, процесс нахождения определителя третьего порядка мы свели к вычислению значений трёх определителей второго порядка. Иными словами, мы понизили порядок исходного определителя.
Обычно в таких простых случаях не расписывают решение подробно, отдельно находя алгебраические дополнения, а уж затем подставляя их в формулу для вычисления определителя. Чаще всего просто продолжают запись общей формулы, – до тех пор, пока не будет получен ответ. Именно так мы станем раскладывать определитель по второму столбцу.
Итак, приступим к разложению определителя по второму столбцу. Вспомогательных вычислений производить не будем, – просто продолжим формулу до получения ответа. Обратите внимание, что во втором столбце один элемент равен нулю, т.е. $a_<32>=0$. Это говорит о том, что слагаемое $a_<32>\cdot A_<32>=0\cdot A_<23>=0$. Используя формулу (2) для разложения по второму столбцу, получим:
$$ \Delta A= a_<12>\cdot A_<12>+a_<22>\cdot A_<22>+a_<32>\cdot A_<32>=-4\cdot (-1)\cdot \left| \begin
Ответ получен. Естественно, что результат разложения по второму столбцу совпал с результатом разложения по первой строке, ибо мы раскладывали один и тот же определитель. Заметьте, что при разложении по второму столбцу мы делали меньше вычислений, так как один элемент второго столбца был равен нулю. Именно исходя из таких соображений для разложения стараются выбирать тот столбец или строку, которые содержат побольше нулей.
Вычислить определитель матрицы $A=\left( \begin
Для разложения выгоднее всего выбирать ту строку или столбец, которые содержат более всего нулей. Естественно, что в данном случае имеет смысл раскладывать по третьей строке, так как она содержит два элемента, равных нулю. Используя формулу (1), запишем разложение определителя по третьей строке:
Так как $a_<31>=-5$, $a_<32>=0$, $a_<33>=-4$, $a_<34>=0$, то записанная выше формула станет такой:
$$ \Delta A= -5 \cdot A_<31>-4\cdot A_<33>. $$
Обратимся к алгебраическим дополнениям $A_<31>$ и $A_<33>$. Для их вычисления будем использовать формулу №2 из темы, посвящённой определителям второго и третьего порядков (в этом же разделе есть подробные примеры применения данной формулы).
Подставляя полученные данные в формулу для определителя, будем иметь:
$$ \Delta A= -5 \cdot A_<31>-4\cdot A_<33>=-5\cdot 10-4\cdot (-34)=86. $$
В принципе, всё решение можно записать в одну строку. Если пропустить все пояснения и промежуточные вычисления, то запись решения будет такова:
$$ \Delta A= a_<31>\cdot A_<31>+a_<32>\cdot A_<32>+a_<33>\cdot A_<33>+a_<34>\cdot A_<34>=\\= -5 \cdot (-1)^4\cdot \left| \begin
Заметили ошибку, опечатку, или некорректно отобразилась формула? Отпишите, пожалуйста, об этом в данной теме на форуме (регистрация не требуется).
Источник
Способ разложения по элементам строки или столбца
| Разложение определителя по элементам строки или столбца |    |
| Теорема о разложении определителя по элементам строки или столбца находит широкие применения в различных разделах математики. Теорема устанавливает, что проблема вычисления определителя n-го порядка сводится к проблеме вычисления определителей более низкого порядка. По сути дела речь идет о перегруппировке слагаемых в выражении для определителя матрицы. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рассмотрим квадратную матрицу A n-го порядка. Выберем i,j-ый элемент этой матрицы и вычеркнем i-ую строку и j-ый столбец. В результате мы получаем матрицу (n – 1)-го порядка, определитель которой называется минором элемента и обозначается символом Mi j:
Теорема о разложении определителя по элементам строки . Определитель матрицы A равен сумме произведений элементов строки на их алгебраические дополнения:
Теорема о разложении определителя по элементам столбца . Определитель матрицы A равен сумме произведений элементов столбца на их алгебраические дополнения:
Теоремы о разложении определителя имеют важное значение в теоретических исследованиях. Они устанавливают, что проблема вычисления определителя n-го порядка сводится к проблеме вычисления n определителей (n –1)-го порядка. Источник Вычисление определителя разложением по столбцуНайдем определитель, использовав разложение по столбцам: Найдем определитель для этого минора. Найдем определитель для этого минора. Задание №2. Вычислить определитель четвертого порядка.
Найдем определитель, использовав разложение по столбцам:
Найдем определитель для этого минора.
Найдем определитель для этого минора.
Найдем определитель для этого минора.
Примеры: Источник |
.
.
.
.
