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拉普拉斯展開
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- 中文名
- 拉普拉斯展開
- 外文名
- Laplace expansion
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- 拉普拉斯公式
- 所屬領域
- 數學
- 相關術語
- 拉普拉斯定理
- 應用學科
- 數學
拉普拉斯展開定義
在數學中,拉普拉斯展開(或稱拉普拉斯公式)是一個關於行列式的展開式。將一個
矩陣B的行列式進行拉普拉斯展開,即是將其表示成關於矩陣B的某一行(或某一列)的 n個元素的
餘子式的和。行列式的拉普拉斯展開一般被簡稱為行列式按某一行(或按某一列)的展開。由於矩陣B有 n行 n列,它的拉普拉斯展開一共有 2n種。拉普拉斯展開的推廣稱為拉普拉斯定理,是將一行的元素推廣為關於k行的一切子式。它們的每一項和對應的代數餘子式的乘積之和仍然是B的行列式。研究一些特定的展開可以減少對於矩陣B之行列式的計算,拉普拉斯公式也常用於一些抽象的推導中。
[1]
拉普拉斯展開公式
設B= (bij)是一個n×n矩陣。B關於第i行第j列的餘子式Mij是指B中去掉第i行第j列後得到的n−1階子矩陣的行列式。有時可以簡稱為B的
餘子式。B的
代數餘子式:Cij是指B的
餘子式Mij與(-1)i+j的乘積:
[1]
拉普拉斯展開最初由範德蒙德給出,為如下公式:對於任意i,j∈ {1, 2, ...,n}:
考慮以下的矩陣:
這個矩陣的行列式可以用沿着第一行的拉普拉斯展開式來計算:
也可以用沿着第二列的拉普拉斯展開式來計算:
很容易看到這個結果是正確的:這個矩陣是奇異的,因為它的第一列和第三列的和與第二列成比例,因此它的行列式是零。
拉普拉斯展開證明
考慮B的行列式|B|中的每個含有
的項,它的形式為:
其中的置換τ ∈Sn使得τ(i) =j,而σ ∈Sn-1是唯一的將除了i以外的其他元素都映射到與τ相同的像上去的置換。顯然,每個τ都對應着唯一的σ,每一個σ也對應着唯一的τ。因此我們創建了Sn−1與{τ∈Sn:τ(i)=j}之間的一個雙射。置換τ可以經過如下方式從σ得到:
定義σ' ∈Sn使得對於1 ≤k≤n−1,σ'(k) = σ(k)並且σ'(n) =n,於是sgnσ' = sgn σ。然後
因此映射σ ↔ τ是雙射。由此:
從而拉普拉斯展開成立。
拉普拉斯展開相關定理
拉普拉斯定理
拉普拉斯在1772年的論文中給出了行列式展開的一般形式,稱為拉普拉斯定理。拉普拉斯定理建立在子式和餘子式的基礎上,説明了如果將B關於某k行的每一個子式和對應的代數餘子式的乘積加起來,那麼得到的仍然是B的行列式。定理的證明與按一行(一列)展開的情況一樣,都是通過建立置換間的雙射來證明兩者相等。
[1]
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