行列式laplace定理
laplace展开定理

Laplace展开定理Laplace展开定理(Laplace’s expansion theorem)是数学中一个重要的理论,它利用线性代数的方法,将一个n阶行列式展开为n个n-1阶子行列式的和。
Laplace展开定理在代数、概率论、微积分以及工程等领域有广泛的应用。
1. Laplace展开定理的表述给定一个n阶行列式A,可以用Laplace展开定理将其展开为:|A|=∑(−1)i+jni=1a ij M ij其中,a ij是A的第i行第j列元素,M ij是A的第i行第j列元素的代数余子式。
代数余子式是将第i行第j列的元素划去后剩余元素的行列式的值。
2. Laplace展开定理的证明Laplace展开定理的证明可以通过递归的方法进行。
我们可以选择行展开或列展开两种方式,这里以行展开为例进行说明。
假设给定一个3阶行列式:A=[a11a12a13 a21a22a23 a31a32a33]首先选择第一行进行展开。
根据Laplace展开定理,行列式A可以表示为:|A|=(−1)1+1a11M11+(−1)1+2a12M12+(−1)1+3a13M13其中,M11、M12、M13分别是将第一行的元素划去后剩余元素的2阶子行列式。
对于子行列式M11,可以再次应用Laplace展开定理,将其展开为:M11=(−1)1+1a22a33−(−1)1+2a23a32同理,对于M12和M13也可以进行展开。
将子行列式的展开式代入到行列式A的展开式中,可以得到完整的展开式。
证明过程中,我们可以通过递归的方式将n阶行列式展开为n个n-1阶子行列式,直到最后将2阶子行列式展开为元素的乘积。
3. Laplace展开定理的应用Laplace展开定理在数学中具有广泛的应用,下面列举几个常见的应用领域。
3.1 代数方程组求解Laplace展开定理可以应用于求解代数方程组。
给定一个线性方程组:a11x1+a12x2+⋯+a1n x n=b1a21x1+a22x2+⋯+a2n x n=b2…a n1x1+a n2x2+⋯+a nn x n=b n其中,x1,x2,…,x n是未知数,a ij和b i是已知系数。
§8拉普拉斯(Laplace)定理·行列式的乘法规则

0 0 D 1 0 c11
ainr2n , i 1,2,
c1n cnn b1n bnn
, n.
0 c n1 b11 1 bn1
这里 cij ai 1b1 j ai 2b2 j
ainbnj , i , j 1,2,
, n.Βιβλιοθήκη D ( 1)1 2 n ( n1) 2 n
M .
注: ① k 级子式不是唯一的.
k k (任一 n 级行列式有 C n C n个 k 级子式).
② k 1 时,D中每个元素都是一个1级子式;
k n 时,D本身为一个n级子式.
二、拉普拉斯(Laplace)定理
引理
行列式 D 的任一子式 M 与它的代数余子式 A的乘积中的每一项都是行列式 D 的展开式中 的一项,而且符号也一致.
0 0 0 0
只有零解.其中 a, b, c, d 不全为0.
证:系数行列式
a b 2 D DD c d
a D b c d b a d c c d a b
b a d c d c b a a b c d
c d a b b a d c
d c b a c d a b d c b a
即 D 0,故方程组只有零解.
1 1 M2 0 , 1 1 2 4 M5 6 , 0 3 1 4 M6 1 . 1 3
它们的代数余子式为
A1 ( 1)
1 31 2
0 1 0 A ( 1)1 3 2 4 1 1 2 , , 2 1 1 0 1 1 2 5 A ( 1)1 31 2 0 1 0 , 4 , 1 3 0 1 0 2 0 , A ( 1)1 31 2 0 1 0 . 6 0 3 0 1
Laplace展开定理.

由此可知,D1 和D的展开式中出现的项是一样的,只不过每一
项都相差符号为 1 i1 ik j1 jk
…,第n列加到第n+1列,用 b12,b22, bn2 乘第1列,第2列,
第二章
行列式
…,第n列加到第n+2列,…,用 b1n ,b2n ,
…,第n列加到第2n列,则 D2n 化为
a11 a12
a1n a11b11 a12b21 a1nbn1
a21 a22
a2n a21b11 a22b21 a2nbn1
§2.8 Laplace展开定理
利用行列式的依行(列)展开可以把n阶行列式化为n-1 阶行列式来处理,这在简化计算以及证明中都有很好的应用。 但有时我们希望根据行列式的构造把n阶行列式一下降为n-k 阶行列式来处理,这是必须利用Laplace展开定理。为了说明 这个方法,先把余子式和代数余子式的概念加以推广。
k 1 k n 1 行,由这k行元素所组成的一切k阶子式与它们
的代数余子式的乘积的和等于行列式D。
证明:设D中取定k行后所得的子式为M1, M 2 , , Mt , 它的
代数余子式分别为 A1, A2, , At , 下证 D M1A1 M 2 A2 M t At
—(1)
2、M是N的余子式,N便是M的余子式,M、N互为余子式。
abcd
例2.8.1 写出行列式 D g h p q 中取定第一行和
stuv
wx y z
第三行所得的所有二阶子式及它们的余子式和代数余式。 二阶子式共有 C42 6 个。
拉普拉斯定理

例1 计算5阶行列式
1 2 0 0 1 0 1 2 3 0 D 1 3 0 0 0 0 2 2 1 0 0 3 4 1 3
解: 对D的第1,3 行用Laplace定理,在第1,3 行 中不为零的二阶子式分别是
1 1 1 1 2 1 N1 1, N2 1, N3 3 2 3 1 0 3 0
它们各自对应的代数余子式是
2 3 0
1 2 3
A1 2 1 0 12, A2 2 2 1 6, A3 0 4 1 3 3 4 1
所以 D=12-6=6.
例2 计算2n阶行列式
a1 a2 an 1 D2 n bn 1 b2 b1 an bn bn an an 1 a2 a1 bn 1 b2 b1
解 对的第n,n+1行应用Laplace定理(按第n, n+1 行展开)得
a1 a2 D2 n an bn bn an b2 b1
2 2 (an bn ) D2 n 2
b1 b2 an 1 bn 1 bn 1 an 1 a2 a1
利用这个递推关系式有定理拉普拉斯拉普拉斯定律拉普拉斯变换拉普拉斯定理行列式拉普拉斯展开定理拉普拉斯方程拉普拉斯算子陶哲轩拉普拉斯分布
*
拉普拉斯定理
定义1
在 n 阶行列式中,任取r 行 r 列
2
( 1 k n}, 位于这些行列交叉处的r 个元 素按原来的次序所构成 的r阶行列式,称 为行列式 的 一个r 阶子式.在 n 阶行列式中, 划去某个r 阶子式M所在的行与列后 ,剩下的 n r 行 n r 列上的元也构成一个 n r阶子 式N。我们称这一对子式 M与N互为余子式。
设r 阶子式M是由行列式中第 i1 , i2 ,, ir 行和 第j1 , j2 ,, jr 列相交处的元也构成的 ,而且 N是M的余子式。则称带有正 或负号
行列式的Laplace展开定理

解
按
1,2
行展开。这两行共组成
C
2 5
= 10
个二阶子式,但其中不为零的只
有 3 个,即
1 M1 = 2
2 1
=
−3 , M 2
=
1 2
0 2
=
2,M3
=
2 1
0 =4 2
对应的代数余子式为
120
220
020
A1 = (−1)1+2+1+2 2 1 2 = −7 ,A2 = (−1)1+2+1+3 0 1 2 = −6,A3 = (−1)1+2+2+3 0 1 2 = 0。
a11
a21 M M ij = ai−1,1 a i +1,1 M an1
L a1, j−1 L a2, j−1
M L ai−1, j−1 L ai+1, j−1
M L an, j−1
a1, j+1 a2, j+1
M ai−1, j+1 ai+1 , j+1
M an, j+1
L a1n L a2n
M L ai−1,n ; L ai+1,n
行列式的 Laplace 展开定理
一、行列式按一行或一列的展开 我们知道, 若D为n阶行列式,Aij为行列式元素aij的代数余子式,那么对任
意的 i ≠ j ,如下四个等式都成立。
ai1 Ai1 + ai2 Ai2 + L + ain Ain = D ;
ai1 A j1 + ai2 A j2 + L + ain A jn = 0 ;
Laplace定理

k)!
k !(n
k)!
n!
7
项,故D=M1 A1 M2 A2 Mt At .
例
21 3 0
3 2 3 D
3 1 2
0 5
, 前两行共有
C2 6
43 2!
6个子式,
1 1 1 1
21
23
20
M1 3
2 1, M2 3
3 15, M3 3
0, 0
A2
( 1)( 1 2 ) ( 1 3 )
1 1
5 4,
1
A4
( 1)1 2 2 3
3 1
5 8.
1
D 1 (3) (15) 4 (9) (8) 9.
9
例
a11
a1k
0
ak1
akk
a11
a1k b11
b1l ,
c11
c1k b11
拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749-1827)是法国 分析学家、概率论学家和物理学家,法国科学院院士。 1749年3月23日生于法国西北部卡尔瓦多斯的博蒙昂 诺日,1827年3月5日卒于巴黎。1816年被选为法兰西 学院院士,1817年任该院院长。1812年发表了重要的 《概率分析理论》一书,在该书中总结了当时整个概 率论的研究,论述了概率在选举审判调查、气象等方 面的应用,导入「拉普拉斯变换」等。他是决定论的 支持者,提出了拉普拉斯妖。他致力于挽救世袭制的 没落:他当了六个星期的拿破仑的内政部长,后来成 为元老院的掌玺大臣,并在拿破仑皇帝时期和路易十 八时期两度获颁爵位,后被选为法兰西学院院长。拉 普拉斯曾任拿破仑的老师,所以和拿破仑结下不解之 缘。
拉普拉斯(Laplace)定理
§2-8 拉普拉斯(Laplace)定理 行列式的乘法规则一、拉普拉斯定理定义9 在一个n 级行列式D 中任意选定k 行k 列(n k ≤),位于这些行和列的交点上的2k 个元素按照原来的次序组成一个k 级行列式M ,称为行列式D 的一个k 级子式.在D 中划去这k 行k 列后余下的元素按照原来的次序组成的k n -级行列式M '称为k 级子式M 的余子式.从定义立刻看出,M 也是M '的余子式.所以M 和M '可以称为D 的一对互余的子式.例1 在四级行列式 310120012104121-=D 中选定第一、三行,第二、四列得到一个二级子式M : 1042=M , M 的余子式为 1020='M .例2 在五级行列式555453525125242322211514131211a a a a a a a a a a a a a a a D=中,454342252322151312a a a a a a a a a M =和54513431a a a aM ='是一对互余的子式. 定义10:设D 的k 级子式M 在D 中所在的行、列指标分别是k k j j j i i i ,,,;,,,2121 ,则M 的余子式M '前面加上符号)()(2121)1(k k j j j i i i +++++++- 后称做M 的代数余子式.因为M 与M '位于行列式D 中不同的行和不同的列,所以有下述引理 行列式D 的任一个子式M 与它的代数余子式A 的乘积中的每一项都是行列式D 的展开式中的一项,而且符号也一致.定理6(拉普拉斯定理) 设在行列式D 中任意取定了k (11-≤≤n k )个行.由这k 行元素所组成的一切k 级子式与它们的代数余子式的乘积的和等于行列式D .例3 利用拉普拉斯定理计算行列式131310112104121-=D从这个例子来看,利用拉普拉斯定理来计算行列式一般是不方便的.这个定理主要是理论方面的应用.二、行列式的乘积法则 定理7 两个n 级行列式nnn n nn a a a a a a a a a D2122221112111=和nnn n nn b b b b b b b b b D 2122221112112=的乘积等于一个n 级行列式nnn n nn c c c c c c c c c C212222111211=,其中ij c 是1D 的第i 行元素分别与2D 的第j 列的对应元素乘积之和:∑==+++=nk kj ik nj in j i j i ij b a b a b a b a c 12211 .这个定理也称为行列式的乘法定理.它的意义到第四章§3中就完全清楚了.。
行列式计算的拉普拉斯定理
行列式计算的拉普拉斯定理拉普拉斯定理(Laplace's theorem)是线性代数中一个重要的定理,它是通过行列式的性质来计算矩阵的逆和行列式的值。
在本文中,我们将详细介绍拉普拉斯定理的含义、应用和推导过程。
拉普拉斯定理的核心思想是利用代数余子式(cofactor)来计算行列式的值。
代数余子式是行列式中每个元素所对应的子矩阵的行列式乘以适当的符号,具体计算方法如下:对于n阶方阵A的第i行第j列的元素aij,其代数余子式Aij=(-1)^(i+j)Mij,其中Mij是A中删除第i行和第j列后的(n-1)阶矩阵的行列式。
根据拉普拉斯定理,行列式的值可以通过n个元素的代数余子式之和来计算:det(A) = a1jA1j + a2jA2j + ... + anjAnj其中A1j、A2j、...、Anj分别是代数余子式Aij的行列式值。
拉普拉斯定理的应用非常广泛,特别是在求解线性方程组、计算矩阵的逆以及计算行列式的值方面具有重要意义。
下面我们将分别介绍这些应用。
1. 求解线性方程组:对于线性方程组Ax=b,其中A是一个n阶方阵,x和b分别是n 维列向量,拉普拉斯定理可以用来求解x的值。
具体方法是,我们可以将方程组转化为行列式的形式,即:det(Ax) = det(b)根据拉普拉斯定理,这个行列式可以展开为:det(A) * det(x) = det(b)因为det(A)不为0,所以可以得到:det(x) = det(A)^(-1) * det(b)从而得到x的值。
2. 计算矩阵的逆:利用拉普拉斯定理,可以通过行列式的性质来计算矩阵的逆。
对于一个n阶方阵A,如果det(A)不为0,则A的逆矩阵A^(-1)可以表示为:A^(-1) = (1/det(A)) * adj(A)其中adj(A)是A的伴随矩阵,它的每个元素是A的代数余子式。
3. 计算行列式的值:拉普拉斯定理可以直接用来计算行列式的值。
通过将行列式展开为代数余子式的形式,然后计算每个代数余子式的值,再将它们相加,即可得到行列式的值。
pdf2.3Laplace定理(线性代数)
1+ 2+ 2+ 4
A6 = (1)
1+ 2+3+ 4
因此 D = M 1 A1 + M 2 A2 + M 3 A3 + M 4 A4 + M 5 A5 + M 6 A6 = 4.
例3.1 计算行列式
x 2y
x y
x 2y
x 3y
2x 2 y 2x y 2x 2 y 2x 3y D= . 3x 3 y 3x 2 y 4 x 5 y 3x 5 y 4x 4 x 3 y 5x 7 y 4 x 3 y
+ anj Ank = 0, 1 ≤ j , k ≤ n
现在引入Kronecker符号,其定义为
1, i = j δ ij = 0, i ≠ j
使用Kronecker符号,我们有 定理3.1对于 n 阶行列式 D = det(aij )
恒有
a1i A1 j + a2i A2 j +
ai1 A j1 + ai 2 A j 2 +
+ ( j2 2) +
+ ( jk k )
= i1 + i2 +
+ ik + j1 + j2 +
+ jk 2(1 +
+ k)
设经上述行、列互换后得到的行列式为 D1 ,并令 t = i1 + + ik + j1 + + jk ,则
.
D = (1)t 2(1+ + k ) D1 = (1)t D1 , 因此 D 和 D1 的一般项之间仅相差一个 (1)t . 注意到, M 位于 D1 的左上角, 符号 并且上述行、列互换的方式并未改变其 余诸列的相对位置, 故 M ′ 恰好位于 D1 的 右下角.
§2.8拉普拉斯(Laplace)定理
从而
a ij b ij c ij ,
c ij a i 1 b1 j a i 2 b 2 j a in b n j ,
i , j 1, 2 , , n .
§2.8 Laplace定理
例2:证明齐次性方程组
ax1 bx1 cx 1 dx1 bx2 ax2 dx2 cx 2 cx 3 dx3 ax3 bx3 dx4 cx 4 bx4 ax4 0 0 0 0
A 1 , A 2 , , A t , 则 D M 1 A 1 M 2 A 2 M t A t. .
§2.8 Laplace定理
注:
① k 1 时,D M 1 A1 M 2 A 2 M t A t 即为行列式 D 按某行展开;
a11 a1 k 0 a k 1 a kk 0 D b1 1 * br 1 0 a 1 1 a 1 k b1 1 b1 r 0 b1 r a k 1 a k k b r 1 b rr b rr
只有零解.其中 a , b , c , d 不全为0.
§2.8 Laplace定理
证:系数行列式
a b c d b a d c D c d a b d c b a a b c d b a d c c d a b d c b a
D
2
a b c d b a d c DD c d a b d c b a
二、拉普拉斯(Laplace)定理
引理
行列式 D 的任一子式 M 与它的代数余子式 A的乘积中的每一项都是行列式 D 的展开式中 的一项,而且符号也一致.
§2.8 Laplace定理
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行列式laplace定理
行列式的Laplace定理是指,对于一个n阶行列式,如果我们将第i行和第j列去掉,我们可以得到一个(n-1)阶的行列式,这个行列式可以用原行列式中除掉第i行和第j列的部分来计算。
具体而言,在一个n阶行列式A中,我们可以选择第i行或第j列作为拆分的对象,假设我们选择第i行,那么我们可以将A表示为:
A = \sum_{k=1}^n a_{ik}C_{ik}
其中,C_{ik}表示A中除掉第i行和第k列的(n-1)阶行列式,也就是:
C_{ik} =
\begin{vmatrix}
a_{11} & \cdots & a_{1,k-1} & a_{1,k+1} & \cdots & a_{1n} \\
\vdots & & \vdots & \vdots & & \vdots \\
a_{i-1,1} & \cdots & a_{i-1,k-1} & a_{i-1,k+1} & \cdots & a_{i-1,n} \\
a_{i+1,1} & \cdots & a_{i+1,k-1} & a_{i+1,k+1} & \cdots & a_{i+1,n} \\ \vdots & & \vdots & \vdots & & \vdots \\
a_{n1} & \cdots & a_{n,k-1} & a_{n,k+1} & \cdots & a_{nn} \\
\end{vmatrix}
然后,我们可以使用余子式来求解C_{ik},即:
C_{ik} = (-1)^{i+k}M_{ik}
其中,M_{ik}表示A中第i行第k列元素的余子式。
将C_{ik}带入原式,可以得到:
A = \sum_{k=1}^n a_{ik}(-1)^{i+k}M_{ik}
这个式子就是Laplace定理的一种形式。
当然,如果我们选择第j列作为拆分的对象,也可以得到一个类似的公式。
Laplace定理可以用来简化行列式的计算,特别是对于大型的行列式而言。