二阶与三阶行列式-线性代数.ppt

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1、1,线性代数,2,数学好玩.陈省身,但得此中味,勿为醒者传.李白,武林高手的最高境界:无招.,3,数学的好玩之处,主要在于数学中有些极具实用意义的内容,包含了深刻的奥妙,发人深思,使人惊讶.,比如以数学家Euler命名的一个公式:,其中i是虚数单位,是圆周率,e是一个无理数,4,主要内容,第一章 行列式第二章 矩阵第三章 向量组的线性相关性第四章 线性方程组第五章 矩阵对角化第六章 二次型,5,参考书目,同济大学 线性代数 高等教育出版社湘潭大学 线性代数 科学出版社北京大学 高等代数 高等教育出版社（第三版）,6,线性代数简史,线性代数是高等代数的一大分支。我们知道一次方程叫做线性方程，讨论

2、线性方程及线性运算的代数就叫做线性代数。,在线性代数中最重要的内容就是行列式和矩阵。,行列式和矩阵在十九世纪受到很大的注意,而且写了成千篇关于这两个课题的文章。,向量的概念,从数学的观点来看不过是有序三元数组的一个集合,然而它以力或速度作为直接的物理意义,并且数学上用它能立刻写出物理上所说的事情。,7,线性代数学科和矩阵理论是伴随着线性系统方程系数研究而引入和发展的。,行列式的概念最早是由十七世纪日本数学家关孝和提出来的，他在 1683 年写了一部叫做解伏题之法的著作，意思是“解行列式问题的方法”，书里对行列式的概念和它的展开已经有了清楚的叙述。,欧洲第一个提出行列式概念的是德国的数学家，微积

3、分学奠基人之一莱布尼兹（Leibnitz,1693年）。,8,1750 年克莱姆（Cramer）发表了求解线性系统方程的重要基本公式（既人们熟悉的 克莱姆法则）。,1764 年,贝佐特(Bezout)把确定行列式每一项的符号的手续系统化了。对给定了含 n 个未知量的 n 个齐次线性方程,Bezout 证明了系数行列式等于零是这方程组有非零解的条件。,9,范德蒙(Vandermonde)是第一个对行列式理论进行系统的阐述(即把行列式理论与线性方程组求解相分离)的人。并且给出了一条法则，用二阶子式和它们的余子式来展开行列式。就对行列式本身进行研究这一点而言，他是这门理论的奠基人。,10,拉普拉斯(

4、Laplace)在 1772 年的论文对积分和世界体系的探讨中,证明了 Vandermonde 的一些规则,并推广了他的展开行列式的方法,用 r 行中所含的子式和它们的余子式的集合来展开行列式，这个方法现在仍然以他的名字命名。,德国数学家雅可比（Jacobi）也于 1841 年总结并提出了行列式的系统理论。,11,另一个研究行列式的是法国最伟大的数学家 柯西(Cauchy),他大大发展了行列式的理论，在行列式的记号中他把元素排成方阵并首次采用了双重足标的新记法，与此同时发现两行列式相乘的公式及改进并证明了 Laplace 的展开定理。,12,高斯（Gauss）大约在 1800 年提出了高斯消元

5、法并用它解决了天体计算和后来的地球表面测量计算中的最小二乘法问题。（这种涉及测量、求取地球形状或当地精确位置的应用数学分支称为测地学。）,虽然高斯由于这个技术成功地消去了线性方程的变量而出名，但早在几世纪中国人的手稿中就出现了解释如何运用“高斯”消去的方法求解带有三个未知量的三方程系统。在当时的几年里，高斯消去法一直被认为是测地学发展的一部分，而不是数学。,13,矩阵代数的丰富发展，人们需要有合适的符号和合适的矩阵乘法定义。二者要在大约同一时间和同一地点相遇。,1848 年英格兰的西尔维斯特()首先提出了矩阵这个词，它来源于拉丁语，代表一排数。,14,1855年矩阵代数得到了凯莱(Arthur

6、 Cayley)的工作培育。Cayley研究了线性变换的组成并提出了矩阵乘法的定义，使得复合变换ST的系数矩阵变为矩阵S和矩阵T的乘积。他还进一步研究了那些包括矩阵逆在内的代数问题。,15,数学家试图研究向量代数，但在任意维数中并没有两个向量乘积的自然定义。,第一个涉及一个不可交换向量积（即 v w 不等于 w v）的向量代数是由格拉斯曼(Hermann Grassmann)在1844年他的线性扩张论一 书中提出的。他的观点还被引入一个列矩阵和一个行矩阵的乘积中，结果就是现在称之为秩数为 1 的矩阵，或简单矩阵。,19 世纪末美国数学物理学家吉布斯(Willard Gibbs)发表了关于向量分

7、析基础 的著名论述。,16,其后英国物理学家狄拉克(P.A.M.Dirac 1902-1984)提出了行向量和列向量的乘积为标量。,矩阵的发展是与线性变换密切相连的。,现代向量空间的定义是由皮亚诺(Peano)于 1888 年提出的。,到 19 世纪它还仅占线性变换理论形成中有限的空间。,我们习惯的列矩阵和向量都是在 20 世纪由物理学家给出的。,17,二次世界大战后随着现代数字计算机的发展，矩阵又有了新的含义，特别是在矩阵的数值分析等方面。由于计算机的飞速发展和广泛应用，许多实际问题可以通过离散化的数值计算得到定量的解决。于是作为处理离散问题的线性代数，成为从事科学研究和工程设计的科技人员必

8、备的数学基础。,18,阿贝尔(Abel)与伽罗瓦(Galois),挪威数学家阿贝尔()，以证明五次元方程的根式解的不可能性而闻名。,法国数学家厄米特（Hermite 18221901）在谈到阿贝尔的贡献时曾说过：“阿贝尔留下的工作，可以使以后的数学家足够忙碌150年！”,在和阿贝尔同时期的一个法国少年读到了他的著作，于是在不到20岁的时候在代数方程论推陈出新创立了一门新的数学理论伽罗瓦理论，这个发现者伽罗瓦还建立了群论的基础理论。,19,法国数学家伽罗瓦(-)，与阿贝尔并称为现代群论的创始人。,伽罗瓦理论是当代代数与数论的基本支柱之一。它直接推论的结果十分丰富：,3.他解决了古代三大作图问题中

9、的两个：“不能任意三等分角”，“倍立方不可能”。,2.它漂亮地证明高斯的论断：若尺规作图能作出正p边形，p为质数且此同时。,1.它系统化地阐释了为何五次以上之方程式没有公式解，而四次以下有公式解。,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,20,第一章 行列式,第一节 二阶与三阶行列式,21,用消元法解二元线性方程组,一、二阶行列式的引入,其中,是未知量，其它字母是已知量。,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,22,方程组的解为,由方程组的四个系数确定.,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,23,由四个数排成二行二列（横排称行、竖排称列）的数表,定义,即,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,24,主

10、对角线,副对角线,对角线法则,二阶行列式的计算,其中元素 aij 的第一个下标 i 为行指标，第二个下标 j 为列指标。即 aij 位于行列式的第 i 行第 j 列。,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,25,若记,对于二元线性方程组,系数行列式,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,26,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,27,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,28,则二元线性方程组的解为,注意 分母都为原方程组的系数行列式.,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,29,例1,解,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,30,二、三阶行列式,定义,记,（6）式称为数表（5）所确定的三阶行列式.,

11、湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,31,(1)沙路法,三阶行列式的计算,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,32,(2)对角线法则,注意 红线上三元素的乘积冠以正号，蓝线上三元素的乘积冠以负号,说明1 对角线法则只适用于二阶与三阶行列式,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,33,如果三元线性方程组,的系数行列式,利用三阶行列式求解三元线性方程组,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,34,若记,或,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,35,记,即,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,36,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,37,得,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,38,得,湘潭大学数学与

12、计算科学学院 王文强,39,则三元线性方程组的解为:,是将D的第i列换成右端项得到。,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,40,例,解,按对角线法则，有,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,41,例3,解,方程左端,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,42,例4.利用对角线法则计算下列三阶行列式：,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,43,（1）,（2）,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,44,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,45,例5 解线性方程组,解,由于方程组的系数行列式,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,46,同理可得,故方程组的解为:,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,47,二阶和三阶行列式是由解二元和三元线性方程组引入的.,三、小结,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,48,思考题,湘潭大学数学与计算科学学院 王文强,49,思考题解答,解,设所求的二次多项式为,由题意得,得一个关于未知数 的线性方程组,又,得,