线性代数 (同济四版) 习题参考答案
黄正华
Email: huangzh@whu.edu.cn
武汉大学 数学与统计学院, 湖北 武汉 430072
Wuhan University
第一章 行列式
课后的习题值得我们仔细研读. 本章建议重点看以下习题: 5.(2), (5); 7; 8.(2). (这几个题号建立有超级链接.) 若
您发现有好的解法, 请不吝告知.
1 . 利用对角线法则计算下列三阶行列式:
(1)
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2 0 1
1 −4 −1
−1 8 3
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¯
; (2)
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¯
¯
¯
¯
a b c
b c a
c a b
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¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
;
(3)
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¯
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¯
1 1 1
a b c
a
2
b
2
c
2
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¯
; (4)
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¯
¯
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¯
¯
¯
x y x + y
y x + y x
x + y x y
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¯
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.
解: (1)
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2 0 1
1 −4 −1
−1 8 3
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= 2 × (−4) × 3 + 0 × (−1) × (−1) + 1 × 1 × 8 − 0 × 1 × 3 − 2 × (−1) × 8 − 1 × (−4) × (−1)
= −24 + 8 + 16 − 4
= −4.
(2)
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¯
¯
¯
a b c
b c a
c a b
¯
¯
¯
¯
¯
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¯
= acb + bac + cba − bbb − aaa − ccc = 3abc − a
3
− b
3
− c
3
.
(3)
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¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 1 1
a b c
a
2
b
2
c
2
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= bc
2
+ ca
2
+ ab
2
− ac
2
− ba
2
− cb
2
= (a − b)(b − c)(c − a).
(4)
¯
¯
¯
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¯
¯
x y x + y
y x + y x
x + y x y
¯
¯
¯
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¯
= x(x + y)y + yx(x + y) + (x + y)yx − y
3
− (x + y)
3
− x
3
= 3xy(x + y) − y
3
− 3x
2
y −3y
2
x − x
3
− y
3
− x
3
= −2(x
3
+ y
3
).
2 . 按自然数从小到大为标准次序, 求下列各排列的逆序数:
(1) 1 2 3 4; (2) 4 1 3 2;
(3) 3 4 2 1; (4) 2 4 1 3;
(5) 1 3 ···(2n − 1) 2 4 ···(2n);
(6) 1 3 ···(2n − 1) (2n) (2n − 2) ···2.
解
(1) 逆序数为 0.
(2) 逆序数为 4: 4 1, 4 3, 4 2, 3 2.
1
2 第一章 行列式
(3) 逆序数为 5: 3 2, 3 1, 4 2, 4 1, 2 1.
(4) 逆序数为 3: 2 1, 4 1, 4 3.
(5) 逆序数为
n(n−1)
2
:
3 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 个
5 2, 5 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 个
7 2, 7 4, 7 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 个
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(2n − 1) 2, (2n − 1) 4, (2n − 1) 6, . . . , (2n −1) (2n − 2). . . . . . . . . . . . . .(n −1) 个
(6) 逆序数为 n(n − 1):
3 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 个
5 2, 5 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 个
7 2, 7 4, 7 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 个
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(2n − 1) 2, (2n − 1) 4, (2n − 1) 6, . . . , (2n −1) (2n − 2). . . . . . . . . . . . . .(n −1) 个
4 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 个
6 2, 6 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 个
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(2n) 2, (2n) 4, (2n) 6, . . . , (2n) (2n − 2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (n −1) 个
3 . 写出四阶行列式中含有因子 a
11
a
23
的项.
解: 由定义知, 四阶行列式的一般项为
(−1)
t
a
1p
1
a
2p
2
a
3p
3
a
4p
4
,
其中 t 为 p
1
p
2
p
3
p
4
的逆序数.
由于 p
1
= 1, p
2
= 3 已固定, p
1
p
2
p
3
p
4
只能形如 13¤¤, 即 1324 或 1342. 对应的逆序数 t 分别为
0 + 0 + 1 + 0 = 1, 或 0 + 0 + 0 + 2 = 2.
所以, −a
11
a
23
a
32
a
44
和 a
11
a
23
a
34
a
42
为所求.
4 . 计算下列各行列式:
(1)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
4 1 2 4
1 2 0 2
10 5 2 0
0 1 1 7
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
; (2)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
2 1 4 1
3 −1 2 1
1 2 3 2
5 0 6 2
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
;
(3)
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¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
−ab ac ae
bd −cd de
bf cf −ef
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
; (4)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
a 1 0 0
−1 b 1 0
0 −1 c 1
0 0 −1 d
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
.
解: (1)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
4 1 2 4
1 2 0 2
10 5 2 0
0 1 1 7
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
r
1
↔r
2
====== −
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 2 0 2
4 1 2 4
10 5 2 0
0 1 1 7
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
r
2
−4r
1
=======
r
3
−10r
1
−
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 2 0 2
0 −7 2 −4
0 −15 2 −20
0 1 1 7
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
线性代数 (同济四版) 习题参考答案 3
r
2
↔r
4
======
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 2 0 2
0 1 1 7
0 −15 2 −20
0 −7 2 −4
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
r
4
+7r
2
=======
r
3
+15r
2
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 2 0 2
0 1 1 7
0 0 17 85
0 0 9 45
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= 17 × 9
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 2 0 2
0 1 1 7
0 0 1 5
0 0 1 5
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= 0.
(2)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
2 1 4 1
3 −1 2 1
1 2 3 2
5 0 6 2
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
c
4
−c
2
=====
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
2 1 4 0
3 −1 2 2
1 2 3 0
5 0 6 2
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
r
4
−r
2
=====
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
2 1 4 0
3 −1 2 2
1 2 3 0
2 1 4 0
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
r
4
−r
1
=====
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
2 1 4 0
3 −1 2 2
1 2 3 0
0 0 0 0
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= 0.
(3)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
−ab ac ae
bd −cd de
bf cf −ef
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= adf
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
−b c e
b −c e
b c −e
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= adfbce
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
−1 1 1
1 −1 1
1 1 −1
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
r
2
+r
1
=====
r
3
+r
1
adfbce
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
−1 1 1
0 0 2
0 2 0
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= −adfbce
¯
¯
¯
¯
¯
0 2
2 0
¯
¯
¯
¯
¯
= 4abcdef.
(4)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
a 1 0 0
−1 b 1 0
0 −1 c 1
0 0 −1 d
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
r
1
+ar
2
======
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
0 1 + ab a 0
−1 b 1 0
0 −1 c 1
0 0 −1 d
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
按第 1 列
========
展开
(−1)(−1)
2+1
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 + ab a 0
−1 c 1
0 −1 d
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
c
3
+dc
2
======
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
1 + ab a ad
−1 c 1 + cd
0 −1 0
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
按第 3 行
========
展开
(−1)(−1)
3+2
¯
¯
¯
¯
¯
1 + ab ad
−1 1 + cd
¯
¯
¯
¯
¯
= abcd + ab + cd + ad + 1.
5 . 证明:
(1)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
a
2
ab b
2
2a a + b 2b
1 1 1
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= (a − b)
3
;
证明
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
a
2
ab b
2
2a a + b 2b
1 1 1
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
c
2
−c
1
=====
c
3
−c
1
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
a
2
ab − a
2
b
2
− a
2
2a b − a 2b − 2a
1 0 0
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
=(−1)
3+1
¯
¯
¯
¯
¯
ab − a
2
b
2
− a
2
b − a 2b − 2a
¯
¯
¯
¯
¯
= (b − a)(b − a)
¯
¯
¯
¯
¯
a b + a
1 2
¯
¯
¯
¯
¯
= (a − b)
3
.
(2)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
ax + by ay + bz az + bx
ay + bz az + bx ax + by
az + bx ax + by ay + bz
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
= (a
3
+ b
3
)
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
x y z
y z x
z x y
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
¯
;