一个条件三个结论。
条件:系数行列式不等于零。
三个结论:有解,解唯一,解的表达式( )
按升幂排列,幂指数成等差数列。
范德蒙行列式答案很好记,选定第二行, 依次都减去 再相乘,然后换 即 都减去 再相乘,直到 。
若 则连乘:
共n-1项
若 则连乘:
共n-2项
若 则连乘:
共1项
所以总的项数为
归纳法证明
当k=2时,
设k=n-1时公式成立,即:
下证k=n时成立
第 行乘以 加到第 行上,从最后一行开始,再提出共同项,就出现了 范德蒙行列式。再用上假设,即可得证。
对于范德蒙行列式,我们的任务就是利用它计算行列式,因此要牢记范德蒙行列式的形式和结果。要学会识别范德蒙行列式,并用范德蒙行列式的结果做题。
第一种:直接给出范德蒙行列式:
为上一行列式的转置。
第二种:需转换才能得到范德蒙行列式
两种理解方式:一是第一行和第四行互换,第二行和第三行互换,负负得正。二是第四行和第三行互换,再和第二行互换,再和第一行互换,3次,第三行换2次,第二行换1次,第一行不用换,即 也是正数。第二种方式无需考虑行列式出现奇偶行。
列再互换,方便计算:
再对列进行交换,方便计算,此时正负号和行交换一样,奇加奇为偶,偶加偶为偶,因此符号必定为正:
范德蒙行列式可用于证明某组向量线性无关。
比如T是R^n上的一个线性变换,λ1,,,λk为其k个互不相等的特征值,
α1,,αk为相应的特征向量,W为T的不变子空间,β=α1++αk为W中的向量,
证明W的维数不小于k
证明:
由于β∈W,故对β作用多少次T结果也还在W中,
故β,T(β),T^2(β),,T^(k-1)(β)都在W中
只需证明β,T(β),T^2(β),,T^(k-1)(β)线性无关
由于
β=α1++αk
Tβ=λ1α1++λkαk
T^(k-1)β=λ1^(n-1)α1++λk^(k-1)αk
若存在l1,,lk使得∑[i=1,k]liT^(i-1)β=0
则V(l1,,lk)'=0①
V为k阶范德蒙矩阵,且λ1,,,λk彼此不等,故V满秩
故①只有零解,即l1,,lk全为零
故β,T(β),T^2(β),,T^(k-1)(β)线性无关
故dim(W)≥k
解: (1) 考虑增广矩阵的行列式
|A,b| = (a2-a1)(a3-a1)(a4-a1)(a3-a2)(a4-a2)(a4-a3)≠0
所以 r(A)=3, r(A,b)=4
所以方程组无解
(2) 增广矩阵(A,b) =
1 k k^2 k^3
1 -k k^2 -k^3
1 k k^2 k^3
1 -k k^2 -k^3
r3-r2,r2-r1,r4-r1
1 k k^2 k^3
0 -2k 0 -2k^3
0 0 0 0
0 0 0 0
因为k≠0, 所以 r(A)=r(A,b)=2
所以Ax=0的基础解系含 3-r(A)=1 个解向量
所以非零解向量β1-β2是Ax=0的一个基础解系
所以方程组的通解为:
β1+c(β1-β2)=(-1,1,1)^T+c(-2,0,2)^T
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