本章目录
考纲考试要求(逐条对照)
知识框架图
行列式的概念(n 阶定义与逆序数思想)
行列式的性质
按行(列)展开与代数余子式
特殊行列式与计算方法
范德蒙德行列式
克拉默法则
高频考点与易错点
常用结论速记表
一、考纲考试要求(逐条对照)
# 考试要求 对应考点
1 了解行列式的概念,掌握行列式的性质 3.2 / 3.3
2 会应用行列式的性质和行列式按行(列)展开定理计算行列式 3.4 / 3.5
3 掌握范德蒙德行列式的计算 3.6
4 会计算特殊形式的行列式(对角、三角、分块、爪型、循环型等),掌握化上三角、降阶、递推、加边等常用计算技巧 3.5
5 了解克拉默法则(理解其使用条件与结论,为线性方程组章做铺垫) 3.7
二、知识框架图
第一章 行列式
├─ 概念:n 阶行列式的递归/逆序数定义 → 几何意义(n 维平行体体积)
├─ 性质:转置不变 / 换行变号 / 提公因子 / 拆行 / 倍加不变 / 零行·成比例行
├─ 展开:按行(列)展开定理 → 代数余子式 Aᵢⱼ → 降阶
├─ 计算技巧:化上三角 / 降阶 / 递推 / 加边法 / 范德蒙德 / 分块行列式
├─ 特殊行列式:对角 / 三角 / 爪型 / 循环型 / 两线·三对角
└─ 应用:克拉默法则(方程组唯一解);|A| 是否为零判断可逆
主线提示: 行列式是线性代数的"入口计算工具",核心目标是"会算"。主线是「定义 → 性质 → 展开 → 特殊结构与技巧」,最终为判断方阵可逆(|A|≠0)与克拉默法则服务。
三、行列式的概念
1. 二阶、三阶行列式 必考(直接计算)
|a b; c d| = ad − bc
|a₁ b₁ c₁; a₂ b₂ c₂; a₃ b₃ c₃| = a₁b₂c₃ + a₂b₃c₁ + a₃b₁c₂ − a₁b₃c₂ − a₂b₁c₃ − a₃b₂c₁
记忆: 三阶用"对角线法则"(沙路法),但对角线法则只对二、三阶成立 ,四阶及以上无此法则。
2. n 阶行列式的定义(逆序数思想) 中频(概念理解)
D = |aᵢⱼ|ₙ = Σ(±) a₁ₚ₁ · a₂ₚ₂ · … · aₙₚₙ(对排列 p₁p₂…pₙ 求和)
符号:取排列的逆序数 τ(p₁p₂…pₙ),奇排列取负、偶排列取正
逆序: 一个排列中,一对数前大后小即构成一个逆序;逆序总数 τ 为奇则排列为奇排列。
重要推论: 上(下)三角行列式 = 主对角元素之积;副对角(次对角)行列式 = (−1)^(n(n−1)/2)·主对角元素之积。
几何意义: 二阶行列式绝对值 = 平行四边形面积;三阶绝对值 = 平行六面体体积(理解即可)。
四、行列式的性质
1. 五条基本性质 必考
① 转置:|Aᵀ| = |A|(行性质与列性质等价)
② 换行(列):交换两行(列),行列式变号
③ 提因子:某行(列)有公因子 k,可提到行列式外(|kA| = kⁿ|A|,n 阶)
④ 拆行(列):某行是两个数之和,可拆成两个行列式之和
⑤ 倍加不变:某行(列)的 k 倍加到另一行(列),行列式不变
易错: ③ 中 |kA| = kⁿ|A|(n 为阶数),不是 k|A|;② 中"某行×k"与"整行提 k"不同,换行两行互换只变一次号。
2. 特殊情形判定 高频(选择)
情形 结论
某行(列)元素全为零 行列式 = 0
两行(列)完全相同 行列式 = 0
两行(列)成比例 行列式 = 0
一行是另一行的线性组合(即行向量组线性相关) 行列式 = 0
本质: |A| ≠ 0 ⟺ A 的行(列)向量组线性无关 ⟺ A 满秩。这是行列式与后续各章连通的枢纽。
五、按行(列)展开定理与代数余子式
1. 余子式与代数余子式 必考
余子式 Mᵢⱼ:划去第 i 行、第 j 列后剩余 n−1 阶行列式
代数余子式 Aᵢⱼ = (−1)^(i+j) · Mᵢⱼ
注意符号规则: (−1)^(i+j) 呈"棋盘式",(1,1) 为正,(1,2) 为负,交错排列。
2. 展开定理 必考
按第 i 行展开:D = aᵢ₁Aᵢ₁ + aᵢ₂Aᵢ₂ + … + aᵢₙAᵢₙ
按第 j 列展开:D = a₁ⱼA₁ⱼ + a₂ⱼA₂ⱼ + … + aₙⱼAₙⱼ
错位展开: 某行元素与另一行对应代数余子式乘积和 = 0(i≠k 时 Σ aᵢⱼAₖⱼ = 0)
技巧: 先利用"倍加不变"性质把某行(列)化为只有一个非零元,再按该行(列)展开,可实现"降阶"。这是计算含参数行列式(如特征多项式 |λE−A|)的核心手段。
六、特殊行列式与计算方法
1. 特殊结构行列式 高频(填空)
类型 结构 结论 / 方法
对角行列式 主对角以外全 0 D = λ₁λ₂…λₙ
上(下)三角行列式 主对角线一侧全 0 D = 主对角元素之积
副对角行列式 副对角以外全 0 D = (−1)^(n(n−1)/2)·∏aᵢ(n+1−i)
分块对角 diag(A, B) |A O; O B| = |A|·|B|;分块副对角 = (−1)^(mn)|A||B|(A 为 m 阶)
爪型 第一行、第一列与主对角有值,其余为 0 用主对角元素把爪子"削平",化上三角
循环(范德蒙)型 每行由公比序列移位构成 用范德蒙德公式或"后行减前行"处理
三对角(两条线+主对角) 仅主对角与两侧副对角有值 递推关系 Dₙ = aDₙ₋₁ − bcDₙ₋₂
2. 五种常用计算技巧 必考
化上三角: 用倍加不变性质逐步消元,主对角线乘积即为行列式值(注意换行变号、提公因子)。
降阶法: 先消成单行(列)单非零元,再按该行(列)展开。
递推法: 设 Dₙ,按第一行展开建立 Dₙ 与 Dₙ₋₁、Dₙ₋₂ 的递推式(适用三对角、两线型)。
加边法: 在左上角加一行一列(保持原行列式值不变),适用于"各行结构相似、差一个参数"的行列式。例如各行均为 1+xᵢ 型。
拆项法 / 数学归纳法: 对结构具对称性的行列式,可拆成两列之和再分拆,或归纳证明通项公式。
典型爪型示例: 第一行 a₀, b₁, b₂, …, bₙ,其余第 i 行第 1 列为 cᵢ、主对角为 aᵢ。做法:从第 2 列起每列减去第一列的倍数消去 cᵢ,再按第一行展开,得 a₀·∏aᵢ − Σ(bᵢcᵢ/aᵢ·∏aᵢ)。
七、范德蒙德行列式
|1 1 … 1; x₁ x₂ … xₙ; x₁² x₂² … xₙ²; …; x₁^(n−1) x₂^(n−1) … xₙ^(n−1)|
= ∏(1≤j<i≤n) (xᵢ − xⱼ)
记忆: 结果 = 所有"后面的 x 减前面的 x"的连乘积;当存在 xᵢ = xⱼ(i≠j)时行列式为 0。
识别技巧: 每行(列)呈等比递增、公比不同,即可平移(提出公因子)化为标准范德蒙德形。
应用: n 阶范德蒙德行列式非零 ⟺ x₁, x₂, …, xₙ 互不相同;可用于判断某些插值、线性无关问题。
易错: 相邻行不一定是"0 次方到 n−1 次方",要先观察指数的排列;提出每行公因子时勿漏指数对应关系。
八、克拉默法则
若 n 元线性方程组 Ax = b 的系数行列式 |A| ≠ 0,则方程组有唯一解
xᵢ = Dᵢ / |A|(i = 1, 2, …, n)
其中 Dᵢ 是把 |A| 的第 i 列换成常数列 b 所得的行列式。
齐次情形: 齐次方程组 Ax = 0 在 |A| ≠ 0 时只有零解;若齐次方程组有非零解,则必有 |A| = 0。
局限: 克拉默法则只适用于"方程个数 = 未知数个数且 |A|≠0"的情形,理论意义大、计算量大,一般方程组求解用初等行变换(第四章)。
注意: 克拉默法则要求系数矩阵为方阵且可逆 ;当 |A| = 0 时不能断言无解,可能是无穷多解或无解,需进一步用秩判定。
九、高频考点与易错点
考点 1:性质与数值计算
用"倍加不变 + 换行变号 + 提公因子"化上三角;三阶以下直接对角线法则。
考点 2:代数余子式求和
Σ aᵢⱼAₖⱼ(i≠k)= 0 的"错位"性质,常用来把行列式某行换成特殊行求代数和。
考点 3:含参行列式
如 |λE−A|、带未知数 x 的行列式:先消元降阶,再分解因式求根。
考点 4:爪型与三对角
爪型"削爪化三角";三对角用递推式 Dₙ = aDₙ₋₁ − bcDₙ₋₂。
考点 5:范德蒙德识别
提公因子平移成标准范德蒙德,∏(xᵢ−xⱼ) 直接写结果。
考点 6:|kA| 与 |AB|
|kA| = kⁿ|A|;|AB| = |A||B|(跨章节综合,见矩阵章)。
易错点清单(考前必看)
三阶"对角线法则"只适用于二阶、三阶,四阶以上必须用性质与展开。
交换两行只改变一次符号;某行乘 k 再换行是"提因子 + 变号"两步,勿合并出错。
|kA| = kⁿ|A|,n 是阶数;|A+B| ≠ |A|+|B|(无加法分配律)。
代数余子式符号 (−1)^(i+j) 要逐点判断,不能只在对称位置套符号。
"某行全零或两行成比例 ⇒ 行列式为 0"是充分条件,反过来不一定成立(行列式为 0 也可能三行两两不成比例)。
化上三角过程中若做了换行,最后结果要乘以 (−1)^(换行次数)。
加边法加上的行/列要与原行列式值严格一致(通常第一行加 1 其余 0,或类似结构)。
范德蒙德公式指数必须是从 0 到 n−1 连续排列,缺项时要先补齐或直接按定义算。
克拉默法则使用前提是系数矩阵方阵且 |A|≠0;|A|=0 时结论是"不能直接用",而非"无解"。
十、常用结论速记表
结论 记忆要点
|Aᵀ| = |A| 行列式的行、列地位完全对称
|AB| = |A||B| = |BA| 方阵乘积行列式(A、B 同阶)
|kA| = kⁿ|A| 每行都提 k,共 n 次
|A⁻¹| = 1/|A| 由 AA⁻¹ = E 推出
|A*| = |A|^(n−1) 伴随矩阵行列式(n≥2)
上三角行列式 主对角元素之积
范德蒙德行列式 ∏(xᵢ − xⱼ),i>j
分块对角 |diag(A,B)| |A|·|B|;副对角分块加 (−1)^(mn)
两行(列)成比例 行列式 = 0
克拉默法则 |A|≠0 ⇒ xᵢ = Dᵢ/|A| 唯一解