数学一 · 线性代数 第一章 行列式

考研数学一考纲知识点笔记 · 按考纲逐条整理 · 适用于复习速查
考纲定位:线代第 1 章 重要度:★★★★ 基础章,每年必考 直接考查:选择 / 填空(数值计算为主) 间接作用:矩阵可逆、克拉默法则、特征值的基础

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

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 0D = λ₁λ₂…λₙ
上(下)三角行列式主对角线一侧全 0D = 主对角元素之积
副对角行列式副对角以外全 0D = (−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

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)
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。

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)

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