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范德蒙行列式

范德蒙行列式是一种特殊类型的行列式,在数学中有广泛的应用。以下是范德蒙行列式的基本定义和性质:

基本定义

范德蒙行列式是由一系列数 \(a_1, a_2, \ldots, a_n\) 决定的 \(n\) 阶行列式,其形式如下:

\[

\begin{vmatrix}

1 & 1 & \cdots & 1 \\

a_1 & a_2 & \cdots & a_n \\

a_1^2 & a_2^2 & \cdots & a_n^2 \\

\vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\

a_1^{n-1} & a_2^{n-1} & \cdots & a_n^{n-1}

\end{vmatrix}

\]

行列式的值

对于 \(n \geq 2\),范德蒙行列式的值可以通过以下公式计算:

\[

V(a_1, a_2, \ldots, a_n) = \prod_{1 \leq j < i \leq n} (a_i - a_j)

\]

性质

递推关系:

范德蒙行列式可以通过递推关系进行简化计算。例如,从最后一行开始,每一行减去前一行的 \(a_1\) 倍,不改变行列式的值。

特征值:

范德蒙行列式也可以表示为矩阵的特征多项式,对于对称矩阵 \(A\),其特征多项式为 \(f(\lambda) = \det(A - \lambda I)\),其中 \(I\) 是单位矩阵,而范德蒙行列式可以表示为 \(V(A) = \det(A - \lambda I) = \lambda^n - 1\)。

应用

范德蒙行列式在计算线性递归方程的通解、求解多项式的根等问题中非常有用。

示例

例如,一个三阶范德蒙行列式如下:

\[

\begin{vmatrix}

1 & 1 & 1 \\

a_1 & a_2 & a_3 \\

a_1^2 & a_2^2 & a_3^2

\end{vmatrix}

\]

其值为:

\[

V(a_1, a_2, a_3) = a_2^2 - a_1^2 \cdot a_3^2 + a_1^2 \cdot a_2^2 = a_2^2 - a_1^2 \cdot a_3^2 + a_1^2 \cdot a_2^2 = a_2^2 - a_1^2 \cdot a_3^2 + a_1^2 \cdot a_2^2 = a_2^2 - a_1^2 \cdot a_3^2 + a_1^2 \cdot a_2^2 = a_2^2 - a_1^2 \cdot a_3^2 + a_1^2 \cdot a_2^2

\]

总结

范德蒙行列式是线性代数中的一个重要工具,它可以通过简单的公式快速计算出特定形式行列式的值,在解决许多数学和工程问题中发挥着关键作用

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