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伴随矩阵行列式公式的证明

更新时间:作者:小小条

对于n阶矩阵A,伴随矩阵A*有个重要公式:A的伴随矩阵的行列式等于A的行列式的n减一次幂,即|A*|=|A|^(n-1)。这个公式可以通过分情况讨论来证明,核心是利用伴随矩阵的基本关系AA*=|A|E(A乘A*等于A的行列式乘单位矩阵)。

先看A可逆的情况。如果A可逆,说明|A|不等于0。对AA*=|A|E两边取行列式,左边是两个矩阵乘积的行列式,等于|A|乘|A*|;右边是|A|E的行列式,n阶单位矩阵E的行列式是1,k倍单位矩阵的行列式是k的n次方,所以右边等于|A|的n次方。于是有|A||A*|=|A|^n,两边除以|A|(因为可逆,|A|≠0),直接得到|A*|=|A|^(n-1)。

再看A不可逆的情况,这时候|A|=0。接下来分两种情况分析A的秩r(A):如果r(A)≤n-2,比如n=5,r(A)=3,这时候A中每个元素的代数余子式都是n-1阶行列式,而余子式对应的子矩阵秩不超过n-2,所以余子式全为0,整个A*就是零矩阵,行列式自然是0,刚好等于|A|^(n-1)=0;如果r(A)=n-1,比如n=4,r(A)=3,这时候A*的秩是1,行列式还是0,同样满足公式。不管哪种情况,|A*|都等于|A|^(n-1)。

伴随矩阵行列式公式的证明

举个简单例子验证:二阶矩阵A=[[1,2],[3,4]],行列式|A|=1×4-2×3=-2。A的伴随矩阵A*是主对角线元素交换、副对角线元素变号,即[[4,-2],[-3,1]]。计算|A*|=4×1 - (-2)×(-3)=4-6=-2,正好等于|A|^(2-1)=-2。再比如三阶矩阵A=[[1,2,3],[4,5,6],[7,8,9]],行列式|A|=0(行向量线性相关),A的伴随矩阵行列式也为0,符合公式。

这个公式把伴随矩阵的行列式和原矩阵的行列式联系起来,是线性代数中伴随矩阵的重要性质,无论是计算还是证明都经常用到。

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