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文档简介
1/1哈工大版线性代数与空间解析几何课后题答案-高等教育
习题一
1.按自然数从小到大的自然次序,求解各题.(1)求1至6的全排列241356的逆序数.解:t(241356)0021003.
(2)求1至2n的全排列135(2n1)246(2n)的逆序数.
解:t(13(2n1)242n)000(n1)(n2)210(3)选择i与j,使由1至9的排列,91274i56j成偶排列.
解:由91274i56j是从1至9的排列,所以i,j只能取3或8.
当i8,j3时,t(912748563)01112133618,是偶排列.当i3,j8时t(912743568)01112322113,是奇排列,不合题意舍去.
(4)选择i与j,使由1至9的排列71i25j489成奇排列.
解:由71i25j489是从1至9的排列,所以i,j只能取3或6.
当i3,j6时,t(713256489)0112113009,是奇排列.当i6,j3时,t(716253489)01122330012,是偶排列,不合题意舍去.
2.计算下列行列式(1)
n(n1)
.2
9a18b3215332053
;(2);
26b13a7528475184
10
812
2
abbf
accdcf
aede.ef
3;(4)bd
(3)15
203212
解:(1)
9a18ba2b
913117(a24b2).
26b13a2ba
32153320533205310032053320533205332053
(2)
75284751847518410075184751847518475184
0751840032053004313100.
10
(3)15
812
222230.
35433
203212
4812
1
ab
(4)bd
accdcf
aeef
11
111
11
111
02200
deabcdef11abcdef0
bf
111
abcdef0
204abcdef.02
x
3.已知3
yz
021,利用行列式性质求下列行列式.11y3yy2x
y3yy201
z
3z2;(2)z2
zz2
xxyz
3z230
yz
x1y1z134x
y01z
2.3
1x
(1)3x3
x2
解:(1)3x3223022.
111111413111111
x2
(2)
222
x1y1z134
3
2302302
413x
yz
302302101.11
1
4.用行列式定义计算:
0100
20230
(1);(2).3
4000n15n000
12
(1)t(p1p2p3p4p5)a1p1a2p2a3p3a4p4a5p5解:(1)3
45
(1)t(54321)a15a24a33a42a51(1)1012345120.
2
1
0102
(1)t(p1p2pn)a1p1a2p2anpn(2)0
n1
n0
(1)
t(23n1)
a12a23a(n1)nan1
(1)n1123n(1)n1n!5.用行列式的定义证明:
a11a21
(1)0
a12a22000a12a22a32a42
a13a2300000a33a44
a14a24a34a44a5400a34a45
a15a25
a350;
a45a55a11a21
a12a33
a22a43
a34a44
00a11
(2)
a21a31a41
.
a11a21
证:(1)D0
a12a22000
a13a23000
a14a24a34a44a54
a15a25
a35(1)t(p1p2p3p4p5)a1p1a2p2a3p3a4p4a5p5a45a55
00
假设有a1P1a2P2a3P3a4P4a5P50,由已知p3,p4,p5必等于4或5,从而p3,p4,p5中至少有两个相等,这与p1,p2,p3,p4,p5是1,2,3,4,5的一个全排列冲突,故全部项
a1P1a2P2a3P3a4P4a5P50,因此D0.
a11
(2)
a12a22a32a42
00a33a43
00a34a44
(1)t(p1p2p3p4)a1p1a2p2a3p3a4p4,由已知,只有当p1,p2
a21a31a41
取1或2时,a1p1a2p2a3p3a4p40,而p1,p2,p3,p4是1,2,3,4的一个全排列,故p3,p4取
3或4,于是
3
D(1)t(1234)a11a22a33a44(1)t(1243)a11a22a34a43(1)t(2134)a12a21a33a44
(1)
t(2143)
a12a21a34a43
a11a22a33a44a11a22a34a43a12a21a33a44a12a21a34a43从而
a11a21a12a33
a22a43
a34a44
(a11a22a12a21)(a33a44a34a43)
a11a22a33a44a11a22a34a43a12a21a33a44a12a21a34a43D6.计算
a0
(1)
10
121102111
;
214421110
123n
xaa
1100
axa
;(4)Dn1010;(3)Dn
aax
1001
a0011110a00111
(5)Dn00a0;(6)Dn111.
100a111a305
a30
按第4按第30b02a344
解:(1)(1)d0b0(1)33dcabcd.
12c3行绽开0b列绽开
12c
000d121112111211021110211102111
(2)
21440366036621110033120036
3b2000c052
;(2)3d
4
10
3
00
2111211121112202320232
339.
21110037003703600360001
xaar1r2(n1)ax(n1)ax(n1)ax
(3)Daxar1r3axnaaxr1rn
aa111ax
a[(n1)ax]aa
aa
a
11110xa
00[(n1)ax]00
xa0
000
xa
[(n1)ax](xa)n1.
1
23n1
100cc23n
12(4)Dn1
010c1c
30
1
00
1c1c
n0
123nn(n1)
2
.
a0010a00
(5)Dn00a0
100a
23100100a
x
n00
1
5
a00
按第1行绽开0a011
(1)a(1)1n
00a
an(1)1n(1)n11an2anan2.
0001a00a
0000a0
1111
(6)Dn11
1111111110200020001002
(2)n1(1)n12n1.7.证明
a2
(1)2a
abb2
1a2
证:2a
ab2b(ab)211ab
b2
ab2b2aabab2b2b
c(1)c3
112023
33
c1(1)c2
a2ababb2b2
1
a(ab)b(ab)
(1)
ababab
(ab)2(ab)3
11
a2
(2)
(a1)2(b1)2(c1)2(d1)2
a2b2c
2
(a2)2(b2)2(c2)2(d2)2
(a3)2(b3)2(c3)2(d3)2
a24a4b24b4c4c4
2
b2c2d2
0
a22a1b22b1c2c1
2
a26a9b26b9c6c9
2
证:等式左端
d2
6
d22d1d24d4d26d9
2
2a1ac2(1)c1
b22b1
c3(1)c12
c2c1
c4(1)c12
d2d1
4a46a94c4
a2
2
2a1262b1262c1262d126x1
x12
2x22x32x4
4b46b9c3(2)c2b26c9c4(3)c3c
4d46d9d2
x13c1x12c2x1c3
32
x2c1x2c2x2c3
0
x1a1
(3)
x12b1x1b2
2
x2b1x2b22x3b1x3b22x4b1x4b2
x13
3
x2
3x33x4
x2a1x3a1x4a1
x232
x3c1x3c2x3c3x3
x4
x12b1x1
2
x2b1x22x3b1x32x4b1x4
32x4c1x4c2x4c3
c2(a1)c1x1
x2
证:等式左端c(b)c321
x3
c4(c3)c1
x4
c3(b1)c2x
2c4(c2)c2x3
x4
x1
x12
2x2
x13c1x12c2x1
32x2c1x2c2x232x3c1x3c2x332x4c1x4c2x4
x13c1x12xcx
3
334
213214
x1x3x4
x12
2x2
x13
3x2
32c(c)cc1x2x2x2413x
x
2
324
x
xcxx
2324
x
x
3334
等式右
端.
8.解关于未知数x的方程
x
(1)3
1x201x20
26x12
6(x1)x1
x3
1x2
0
0x
解:3
(x1)[x(x2)3](x1)[x22x3](x1)(x3)(x1)0所以x11,x23,x31.
a
(2)m
ax
xb
mm0(m0)
b
7
a
解:m
ax
xb
aab
x00b
x
xa1b
mmm111m11
xb
b
11
m(xa)m(xa)(xb)0
bx
因m0,所以x1a,x2b.
a11
9.设
a12a1na22a2nan2ann
a22a2na12a1na1p1
a1p2a2p2anp2
a1pna2pn
anpn
,其中“”是对1,2,,n的全部全排列p1p2pn
;(2)
a21an1
a,求下列行列式:
an2ann
a1n
a12
a11a21an1
;
an1
(1)
a21a11
a2na22annan2
(3)
p1p2pn
a2p1anp1
取和,n2.
解:(1)经行的交换得
a11an1
原式(1)n1
a12a1nan2anna32
a3n
a31a21
a22a2n
a11
a12a1na22a2n
an2ann
(1)
(n1)(n2)21
a21an1
(1)
n(n1)2
a.
(2)与(1)类似,经列的交换得
8
n(n1)原式(1)
2
a.
(3)经列的交换,得
a1p1
a1p2a1pna11a12a1n
a2p1a2p2a2pn
pn)
a21a22a2n(p1p2pn)(1)(p1p2
(1)a
anp1
anp2
anpn
an1
an2ann
111故原式(1)(p1p2pn)
aa
111
p1p2pn
0.
1
11
10.计算行列式
aaa000100b111aa00
(1)
0a2b200b;(2)011aa0;
3a30b0011aa4
a4
00011a6111110001
61110100
(3)1
1611;(4)0010.
11161000111
11
6
k000
a100b1a100b1a1b100解:(1)0a2b200b3a30
b400a4b4a4000b
3a30
00a3b3b4
a4
a2b20
b2
a2
a1b1a3b3b(a1a4b1b4)(a2a3b2b3).
4
a4b2
a2
(2)将前4行依次加到第5行,再按第5行绽开得
aa000
11aa0
aa00
原式011aa
0a5
11aa0
0011aa
011aa
a000
1
0011a
9
aa00
a5
11aa
aa
04011aa
a5a11aaa00
1
011a
a
a
a5
a4
1
1aaa5a4a3aa
a
01
11a
1aa2a3a4a5
61111101010
10101
611116111(3)1
16111161111161111611111
611
116111111111116
111050001011
6
111000500
111610005011116
00005
10546250.(4)按最终一行绽开得
10000100
1
0001000010k
1
00010
00010
1
0001
k000
1000
k5
11.计算行列式
1111x1
111x11
x1mx1x1(1)11x111
;(2)x2x2mx21x1111
x3x3x3mx11111
x4x4x4解:(1)依次将第2,3,4,5列加到第1列得
10
x1
x2
x3
x4m
x1111x1x111x11
原式x11x111
x1x1111x11111
111x111x11
(x1)1x111
x11111111000x00x0
(x1)0x00
x0000000
4(41)(1)
2
(x1)x4x4(x1)
(2)依次将第2,3,4行加到第1行得
44
4
4
xi
m1
xi
mi1
xi
mi1
xi
m
ii1
原式
x2x2mx2x2x3x3x3mx3x4x4
x4
x4m
11114
(
xm)x2
x2mx2x2i
i1
x
3
x3x3mx3x4
x4
x4
x4m
1111
4(x0m00
im)
i1
00m0000m
4
(m
x3
i)m
i1
12.计算行列式
11
a1b1
(1)
a1b2a2b2a3b2a4b21a1b2
a1b3a2b3a3b3a4b31a1b3
a1b4a2b4a3b4a4b41a1b4
;
a2b1a3b1a4b11a1b1
(2)
a2b11a2b21a2b31a2b4a3b11a3b21a3b31a3b4a4b11a4b21a4b31a4b41100
(3)
;(4)
11a301a401
00
a1a2
a1b1
a1b2a2a1a3a2a4a3
a1b3a2a1a3a2a4a3
a1b4a2a1a3a2a4a31a1b3
11123x
2
49x827x3
解:(1)依次将第3,2,1行乘1加到第4,3,2行得
原式
a2a1a3a2a4a31a1b1
0
(2)依次将第3,2,1行乘1加到第4,3,2行得
1a1b21a1b4
原式
b1(a2a1)b2(a2a1)b3(a2a1)b4(a2a1)b1(a3a2)b2(a3a2)b3(a3a2)b4(a3a2)b1(a4a3)b2(a4a3)b3(a4a3)b4(a4a3)
a1b11a1b21a1b31a1b4
(a2a1)(a3a2)(a4a3)
b1b1b1
b2b2b210
00
b3b3b301
b4b4b410
110
0
(3)按最终一列绽开得
1
原式a41
01
010
00011
0a3110a2011a10
01101
a1a2a3a4
(4)由Vandermonde行列式的计算公式得
12
原式(x3)(x2)(x1)(32)(31)(21)2(x1)(x2)(x3)13.证明
a11000a2
x10
0(1)Da30x0
n
a11xna22xnan1xan
an100x1an
0
x
a110000a2
x1000rx)ra0x0
00证:等式左端
n(n1
3
an200x10an1000x1anan1x
0x20
a110000a2x1
000rn(x2)rn2a3
0x000
r3
n(x)rn3
r1n(xn)rnan200
x10an1000x1f(x)00000
1x1
(1)n1
f(x)
f(x)
1x
1(n1)阶
其中f(x)a11xnan1xan.
13
210
(2)D
00
1210001200000000
n12112
证:1n1时,D1211
21
2假设当nk时结论成立,当nk1时,若k12,D2
12
41321结论成立.若k13,将Dk1按第一行绽开得
21Dk1
121
2DkDk12(k1)(k11)(k1)1
1
12
11
1
11
ai(1
i1
i1
n
n
由数学归纳法,对一切自然数n结论成立.
a1
(3)D
11
1a21
1
ai0,i1,2,,n.ai
11an
证:(用加边法)
1
等式左端0
111
111a2
1
111
111
111
100
100
100
01a10
1a1
a2
11anan
111a1a2an
00
111
a100
0a2000an
14
nn
1111
a1a2anai(1等式右端.(1a1a2ani1aii1xyxy0001xyxy0001xy00xn1yn1
(4)Dn,其中xy.
xy000xyxy0001xy
x2y2
,等式成立.证:当n1时,D1xy
xy
假设nk时等式成立,当nk1时,若k12,则
x3y3
Dk1D2xxyy,等式成立.若k13,将Dk1按一列绽开,得
x
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