Обчислити визначники згідно з означенням

Обчислити визначники за теоремою про розклад

Знайти алгебраїчні доповнення для елементів поданих визначників, перевіряючи їх вірність за допомогою теореми розкладу та теореми анулювання. Значення алгебраїчних доповнень записати у вигляді таблиць (матриць).

Спростити вирази

Розв’язати рівняння

Користуючись властивостями визначників спростити вирази::

12. . 13. .

14. . 15. .

Користуючись лише властивостями визначника (не розгортаючи їх), розв’язати рівняння:

16. . 17.

Довести рівність

18.

Відповіді

12. . Вказівка. Відняти останній стовпець від перших двох.

13. . Вказівка. Відняти від першого стовпця другий, а від другого третій. 14. . Вказівка. Відняти від першого рядка другий, від другого третій. 15. . Вказівка. До третього стовпця додати другий. 16. .

17. .

Розв’язування систем трьох лінійних рівнянь за формулами Крамера. Однорідні системи

Нехай задана система

з якої необхідно знайти при відомих інших елементах.

Складемо визначник системи із коефіцієнтів при невідомих

Домножимо почленно кожне з рівнянь відповідно на - алгебраїчні доповнення елементів першого стовпця (коефіцієнтів при х) і додамо всі три рівності. Отримаємо:

За теоремою про розклад коефіцієнт при х дорівнює . Коефіцієнти при будуть рівними нулю за теоремою анулювання. Права частина рівності за теоремою про заміщення дає новий визначник, який називають допоміжним і позначають

Після цього остання рівність запишеться

(2)

Для знаходження домножимо кожне з рівнянь початкової системи в першому випадку відповідно на в другому - на і додамо. В наслідок перетворень отримаємо:

де

Якщо , то в результаті отримуємо формули Крамера:

Окремим випадком системи (1) є однорідна система

(3)

Серед розв’язків однорідної системи можуть бути як нульові розв’язки , так і розв’язки відмінні від нуля.

Теорема 1. Якщо визначник однорідної системи (3) відмінний від нуля ( ), то така система має тільки нульовий розв’язок.

Дійсно, за властивістю 4 в 1.3. допоміжні визначники , як такі, що містять нульовий стовпець, тому за формулами Крамера .

Теорема 2. Якщо однорідна система має відмінний від нуля розв’язок, то її визначник необхідно дорівнює нулю .

Дійсно, нехай одне з невідомих, наприклад х, відмінне від нуля. Згідно з однорідністю . Рівність (2) запишеться . Звідки випливає, що .

Приклад.

За формулами Крамера розв’язати систему

Розв’язання. Знаходимо визначники, причому можна знаходити іх різними способами,

Перевірка.

Відповідь:

Приклади. За формулами Крамера розв’язати системи рівнянь, у відповідь записати суму коренів.

Відповіді: 1. 8; 2. –2; 3.–6; 4. –2.

Визначники вищих порядків

Розглянемо записаний спочатку формально визначник 4-го порядку:

Викреслюючи в і-тий рядок і j-тий стовпець, на перетині яких міститься елемент , отримаємо визначник 3-го порядку, який називається мінором елемента і позначається . Тоді - алгебраїчне доповнення елемента . Визначник 4-го порядку, можна означити, як розклад за елементами, наприклад, першого стовпця

Нехай введено поняття визначника -го порядку, тоді визначник -го порядку:

можна зобразити, як розклад за елементами першого стовпця:

де - алгебраїчні доповнення, а - мінори елементів першого стовпця. Останні є визначниками -го порядку.

Зауваження. Всі властивості 1-8, а також теореми розглянуті для визначників 3-го порядку поширюються і на визначники вищих порядків.

Приклад.

Обчислити визначник

.

Розв'язання. Спочатку за допомогою властивості 8 із 1.3 перетворимо в нулі елементи 1-го стовпця, які належать до 2-го 3-го і 4-го рядків. Для цього додамо відповідні елементи 1-го і 2-го рядків. На місці елемента а₂₁ отримаємо 0 (1+(-1)), а₂₂=-2+3=1, а₂₃=(-1)+(-1)=-2, а₂₄=3+(-1)=2.

Щоб отримати 0 в 3-му рядку 1-го стовпця, домножимо на (-3) елементи 1-го рядка і додамо до відповідних елементів 3-го рядка:

а₃₁=1•(-3)+3=0, а₃₂=(-2)(-3)+(-8)=-2, а₃₃=(-1)(-3)+7=10,

а₃₄=3•(-3)+7=-2.

Домножимо елементи 1-го рядка на (-2) і додамо до відповідних елементів 4-го рядка. Маємо

а₄₁=1•(-2)+2=0, а₄₂=(-2)•(-2)+1=5, а₄₃=(-1)(-2)+(-10)=-8,

а₄₄=3(-2)+17=11.

Початковий визначник ∆ внаслідок зроблених перетворень має вигляд:

= .

Далі розкладаємо останній визначник за елементами 1-го стовпця. Оскільки а₁₁=1, а решта елементів 1-го стовпця нулі, то отримаємо один визначник 3-го порядку, до якого теж в подальшому застосуємо аналогічні перетворення. В результаті запишемо:

Зауваження. Виконані перетворення в нулі елементів 1-го стовпця, що відносились до 2-го – 4-го рядків, є по суті застосуванням правила прямокутника(див. в 1.1 ) при перетворенні 2-го – 4-го рядків початкового визначника з провідним елементом 1(1-й рядок, 1-й стовпець).

Приклади. Обчислити визначники.

1	2
3	4

Відповіді. 1. 3; 2. 28; 3. 12; 4. 84.