【090】深度学习读书笔记:P30证明对角方阵的行列式等于方阵对角元素的乘积

来源:互联网 发布:淘宝手机维修骗局 编辑:程序博客网 时间:2024/04/28 20:23

求证:对角方阵的行列式等于方阵对角元素的乘积

证明:
不妨设A是n阶对角方阵。n是正整数,并且n大于等于2 。A 的行列式是 |A|。
令 aij表示方阵 A 中的第 i 行,第 j 列的元素。显然,

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令 Aij 表示元素 aij 的代数余子式。
题目可以描述成求证 |A| = a11a22···ann

存在两种情况。1. A的对角线元素至少有一个为0 。2. A的对角线元素全都不为0 。

第一种情况,A的对角线元素至少有一个为0。

设这个等于0的对角线元素是第 r 行,第 r 列,用 arr 表示。显然 1 ≤ r ≤ n,并且 r 是正整数。因为 A 是对角方阵,所以A的第 r 行全都是0 。

根据《线性代数》P13 定理6,行列式的展开定理:一个n阶行列式等于它的任一行(列)的各元素与其对应的代数余子式乘积之和,即
D=ai1Ai1 + ai2Ai2 + … + ainAin      (i=1, 2, ···, n)
或 D=a1jA1j + a2jA2j + … + anjAnj      (j=1, 2, ··· , n)

根据行列式的展开定理,可得

|A| = ar1Ar1 + ar2Ar2 + … + ar nAr n

因为A的第 r 行全都是0 ,所以 |A| = 0 。

因为 arr = 0,所以 a11a22···ann = 0

所以 |A| = a11a22···ann

第二种情况,A的对角线元素全都不为0。

我先复习《线性代数》P13 定理5:

一个 n 阶行列式,若其中第 i 行所有元素除 aij 外都为零,则这个行列式等于 aij 与它的代数余子式的乘积,即 D=aijAij

下文称这个定理为“定理5”。

利用数学归纳法证明。
当 n=2 时,可以如下表示A
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|A|=a11a22



当 n=3 时,可以如下表示A

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a33 的余子式是 M33

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A 的第 3 行元素除了 a33 外都是零,那么根据定理5,
|A| = a33A33 = a33(-1)3+3M33 = a33M33

由 n=2 时的推导,可知 M33 = a11a22
所以当 n=3 时,|A| = a11a22a33



当 n=k 时,可以如下表示A

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|A| = a11a22··· akk



当 n=k+1 时,可以如下表示A

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ak+1,k+1 的余子式是 Mk+1,k+1

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A 的第 k+1 行元素除了 ak+1,k+1 外都是零,那么根据定理5,

|A| = ak+1,k+1Ak+1,k+1

= ak+1,k+1(-1)k+1+k+1Mk+1,k+1

= ak+1,k+1(-1)2k+2Mk+1,k+1

= ak+1,k+1Mk+1,k+1

由 n=k 时的推导,可知 Mk+1,k+1 = a11a22··· akk

所以当 n=k+1 时,|A| = a11a22 ··· akkak+1,k+1

通过数学归纳法,可证 |A| = a11a22···ann

综上所述,可以证明: 对角方阵的行列式等于方阵对角元素的乘积。

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