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四阶行列式的计算公式

四阶行列式的计算方法有以下几种:

按行或列展开法

选择四阶行列式的一行或一列,然后将其元素与其对应的代数余子式相乘,最后将得到的乘积相加。代数余子式的符号由行指标和列指标的奇偶性决定。

化为上三角行列式法

通过初等行变换(如行交换、行倍加等),将四阶行列式化为上三角行列式,然后直接计算对角线上元素的乘积。这种方法在实际操作中较为简便。

拉普拉斯展开式

利用行列式的性质,将四阶行列式展开成一个三阶行列式与一个二阶行列式的乘积。具体地,选择四阶行列式的一个元素,然后划去它所在的行和列,得到一个三阶子行列式,再计算这个三阶子行列式的值,并乘以对应的代数余子式。

递归降阶法

通过逐步降低行列式的阶数,最终将其化简为较低阶的行列式进行计算。例如,可以先计算一个三阶子行列式,再计算一个二阶子行列式,最后计算一个一阶子行列式(即一个元素本身)。

示例计算

以四阶行列式

\[

\begin{vmatrix}

1 & 2 & 3 & 4 \\

5 & 6 & 7 & 8 \\

9 & 10 & 11 & 12 \\

13 & 14 & 15 & 16

\end{vmatrix}

\]

为例,使用 化为上三角行列式法

1. 将第二、三、四列分别加到第一列,得到:

\[

\begin{vmatrix}

1 & 2 & 3 & 4 \\

0 & 8 & 10 & 12 \\

0 & 22 & 26 & 30 \\

0 & 36 & 42 & 48

\end{vmatrix}

\]

2. 将第一行乘以-1加到其余各行,得到:

\[

\begin{vmatrix}

1 & 2 & 3 & 4 \\

0 & 8 & 10 & 12 \\

0 & 22 & 26 & 30 \\

0 & 36 & 42 & 48

\end{vmatrix}

\rightarrow

\begin{vmatrix}

1 & 2 & 3 & 4 \\

0 & 8 & 10 & 12 \\

0 & 0 & -4 & -12 \\

0 & 0 & 0 & 0

\end{vmatrix}

\]

3. 将第三行减去2倍的第一行,第四行加上第一行,得到:

\[

\begin{vmatrix}

1 & 2 & 3 & 4 \\

0 & 8 & 10 & 12 \\

0 & 0 & -4 & -12 \\

0 & 0 & 0 & 0

\end{vmatrix}

\rightarrow

\begin{vmatrix}

1 & 2 & 3 & 4 \\

0 & 8 & 10 & 12 \\

0 & 0 & -4 & -12 \\

0 & 0 & 0 & 16

\end{vmatrix}

\]

4. 对角线上四个数相乘,得到行列式的值为:

\[

1 \times 8 \times (-4) \times 16 = -512

\]

因此,该四阶行列式的值为 -512。

建议

对于初学者,建议先掌握化为上三角行列式的方法,这种方法计算过程直观且易于操作。对于更高阶的行列式,可以逐步尝试其他方法,如拉普拉斯展开式,以加深理解。

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