Определители

 

Для квадратных матриц существует специальная числовая характеристика, называемая определителем (или детерминантом) и обозначается как det A (|A| или D), определяется следующим образом:

1. Определитель квадратной матрицы 1-го порядка

А = (а1), det A = a1;

2. Определитель квадратной матрицы 2-го порядка

, .

Вычисление определителя 2-го порядка можно проиллюстрировать схемой

 

 

где произведение элементов главной диагонали берется со знаком «+», а произведение элементов побочной (или второй) диагонали - со знаком «-»;

3. Определитель квадратной матрицы 3-го порядка

 

 

При вычислении определителя 3-го порядка удобно пользоваться правилом треугольников, которое символически можно записать так

 

 

Пример7. Вычислить определитель матрицы А

 

 

Свойства определителей.

Сформулируем основные свойства определителей n-го порядка.

1°. Определитель не изменится, если его столбцы заменить строками, и наоборот.

Сформулированное свойство устанавливает равноправие столбцов и строк определителя.

2°. При перестановке двух столбцов (строк) определитель меняет знак.

3°. Определитель, элементы столбца (строки) которого равны соответствующим элементам другого столбца (строки), равен нулю.

4°. Общий множитель элементов столбца (строки) определителя можно вынести за знак определителя.

Из свойств 3 и 4 следует, что если все элементы столбца (строки) пропорциональны соответствующим элементам другого столбца (строки), то такой определитель равен нулю.

5°. Если элементы какого-либо столбца (строки) представляют собой суммы двух слагаемых, то определитель может быть разложен на сумму двух соответствующих определителей.

Например,

.

6°. Определитель не изменится, если к элементам одного столбца (строки) прибавить соответствующие элементы другого столбца (строки), умноженные на любое число.

Пример 8. Доказать, что

 

Действительно, используя свойства 5, 4 и 3, получим

 

.

Дальнейшие свойства определителей связаны с понятиями минора и алгебраического дополнения.

Минором некоторого элемента aij определителя n-го порядка называется определитель n-1-го порядка, полученный из исходного путем вычеркивания строки и столбца, на пересечении которых находится выбранный элемент. Обозначается Mij.

Алгебраическим дополнением элемента aij определителя n-го порядка называется его минор, взятый со знаком «+», если сумма i + j - четное число, и со знаком «-», если эта сумма нечетная. Обозначается Aij,

Aij = (-1)i+jMij.

При этом полезно иметь в виду схему

,

где знаки «+» или «-» чередуются, ими помечены места тех элементов, для которых алгебраические дополнения равны минорам или отличаются от них знаком.

7°. Определитель равен сумме произведений элементов некоторого столбца (строки) на соответствующие им алгебраические дополнения

det A = , i = 1, 2, …, n.

Докажем свойство 7 на примере определителя 3-го порядка

.

В самом деле, имеем

 

= a11(a22a33 - a23a32) - a12(a21a33 - a23a31) + a13(a21a32 - a22a31) = det A.

Свойство 7 содержит в себе способ вычисления определителей высоких порядков.

Пример 9. Вычислите определитель матрицы

.

Решение. Для разложения определителя выберем третий стол­бец, поскольку он содержит нулевой элемент.

 

 

=

= -1(0 + 6 + 6 - 2 - (-9) -0) - 2(6 + 18 + 6 - 2 - (-27) - (-12)) -

- (6 + 0 + (-9) - (-3) - 0 - 2) = -151.

8°. Сумма произведений элементов какого-либо столбца (строки) определителя на алгебраические дополнения соответствующих элементов параллельного столбца (строки) равна нулю.

Так, например, a11A21 + a12A22 + a13A23 = 0.