如何使用高斯法证明指定行列式等式成立?
别担心,这个问题一点都不麻烦!我们的核心目标就是验证这两个行列式的数值完全相等,用高斯法的关键就是利用行列式的行变换性质——这些变换要么不改变行列式的值,要么可以清晰追踪数值变化,最终让我们看到两个行列式其实是“等价”的。
首先,先明确几个高斯法会用到的行列式核心行变换规则:
- 把某一行的k倍加到另一行上,行列式的值不变;
- 如果两行完全相同,或者一行是另一行的非零倍数,行列式的值为0;
- 给某一行乘以非零常数k,行列式的值变为原来的k倍。
先分析右边的行列式:$D_2 = \begin{vmatrix}1 & 1 & 1 \a & b & c \b+c & a+c & a+b\end{vmatrix}$
观察第三行的元素可以发现:$b+c = (a+b+c) - a$,$a+c = (a+b+c) - b$,$a+b = (a+b+c) - c$,也就是第三行可以写成:
$R_3 = (a+b+c)R_1 - R_2$
根据行列式性质,我们给第三行加上第二行(属于“某一行的1倍加到另一行”的变换,不改变行列式值),得到新的第三行:
$R_3' = (a+b+c)R_1 - R_2 + R_2 = (a+b+c)R_1$
此时右边的行列式变为:
$$\begin{vmatrix}1 & 1 & 1 \a & b & c \(a+b+c) & (a+b+c) & (a+b+c)\end{vmatrix}$$
第三行是第一行的$(a+b+c)$倍,符合“一行是另一行倍数”的情况,所以这个行列式的值为0,即$D_2 = 0$。
再分析左边的行列式:$D_1 = \begin{vmatrix}1 & 1 & 1 \\frac{1}{a} & \frac{1}{b} & \frac{1}{c} \bc & ac & ab\end{vmatrix}$
因为a、b、c都是非零常数,观察第三行元素可以发现:
$bc = abc \times \frac{1}{a}$,$ac = abc \times \frac{1}{b}$,$ab = abc \times \frac{1}{c}$,也就是第三行是第二行的$abc$倍,即$R_3 = abc \cdot R_2$
根据行列式性质,一行是另一行的非零倍数时,行列式的值为0,所以$D_1 = 0$。
既然$D_1 = 0$且$D_2 = 0$,那自然有$D_1 = D_2$,原等式就成立啦!
备注:内容来源于stack exchange,提问作者thelast12e1




