设A=(aij),是三阶非零矩阵,满足条件:aij=-Aij(i,j=1,2
首先明确伴随矩阵与代数余子式的关系: 已知A = ( a i j ) A = (a_{ij})A=(aij)是三阶矩阵,A ∗ = ( A j i ) A^{*}=(A_{ji})A∗=(Aji)(伴随矩阵的元素是原矩阵对应元素的代数余子式按转置方式排列),且a i j = − A i j ( i , j = 1 , 2 , 3 ) a_{ij}=-A_{ij}(i,j = 1,2,3)aij=−Aij(i,j=1,2,3),那么A T = − A ∗ A^{T}=-A^{*}AT=−A∗。
然后利用伴随矩阵的性质A A ∗ = ∣ A ∣ E AA^{*}=\vert A\vert EAA∗=∣A∣E: 因为A T = − A ∗ A^{T}=-A^{*}AT=−A∗,两边同时取行列式可得∣ A T ∣ = ∣ − A ∗ ∣ \vert A^{T}\vert=\vert -A^{*}\vert∣AT∣=∣−A∗∣。
根据矩阵转置的行列式性质∣ A T ∣ = ∣ A ∣ \vert A^{T}\vert=\vert A\vert∣AT∣=∣A∣,以及∣ k A ∣ = k n ∣ A ∣ \vert kA\vert = k^{n}\vert A\vert∣kA∣=kn∣A∣(这里n nn是矩阵的阶数,本题n = 3 n = 3n=3,k = − 1 k=-1k=−1),对于∣ − A ∗ ∣ \vert -A^{*}\vert∣−A∗∣有∣ − A ∗ ∣ = ( − 1 ) 3 ∣ A ∗ ∣ \vert -A^{*}\vert=(-1)^{3}\vert A^{*}\vert∣−A∗∣=(−1)3∣A∗∣。
又因为∣ A ∗ ∣ = ∣ A ∣ n − 1 \vert A^{*}\vert=\vert A\vert^{n - 1}∣A∗∣=∣A∣n−1(n = 3 n = 3n=3时,∣ A ∗ ∣ = ∣ A ∣ 2 \vert A^{*}\vert=\vert A\vert^{2}∣A∗∣=∣A∣2),所以∣ A ∣ = ( − 1 ) 3 ∣ A ∣ 2 \vert A\vert=(-1)^{3}\vert A\vert^{2}∣A∣=(−1)3∣A∣2,即∣ A ∣ = − ∣ A ∣ 2 \vert A\vert=-\vert A\vert^{2}∣A∣=−∣A∣2。
移项得到∣ A ∣ 2 + ∣ A ∣ = 0 \vert A\vert^{2}+\vert A\vert = 0∣A∣2+∣A∣=0,因式分解得∣ A ∣ ( ∣ A ∣ + 1 ) = 0 \vert A\vert(\vert A\vert + 1)=0∣A∣(∣A∣+1)=0,解得∣ A ∣ = 0 \vert A\vert = 0∣A∣=0或∣ A ∣ = − 1 \vert A\vert=-1∣A∣=−1。
接着判断∣ A ∣ \vert A\vert∣A∣的值: 由于A AA是非零矩阵,假设a p q ≠ 0 a_{pq}\neq0apq=0。
根据A A ∗ = ∣ A ∣ E A A^{*}=\vert A\vert EAA∗=∣A∣E,且A T = − A ∗ A^{T}=-A^{*}AT=−A∗,则A A T = − ∣ A ∣ E AA^{T}=-\vert A\vert EAAT=−∣A∣E。
考虑A A T AA^{T}AAT的( i , i ) (i,i)(i,i)元,( A A T ) i i = ∑ j = 1 3 a i j 2 (AA^{T})_{ii}=\sum_{j = 1}^{3}a_{ij}^{2}(AAT)ii=∑j=13aij2。
那么A A T = − ∣ A ∣ E AA^{T}=-\vert A\vert EAAT=−∣A∣E的( i , i ) (i,i)(i,i)元为∑ j = 1 3 a i j 2 = − ∣ A ∣ \sum_{j = 1}^{3}a_{ij}^{2}=-\vert A\vert∑j=13aij2=−∣A∣(当i = 1 , 2 , 3 i = 1,2,3i=1,2,3)。
因为A AA是非零矩阵,所以至少有一个i ii使得∑ j = 1 3 a i j 2 > 0 \sum_{j = 1}^{3}a_{ij}^{2}>0∑j=13aij2>0,即− ∣ A ∣ > 0 -\vert A\vert>0−∣A∣>0,所以∣ A ∣ < 0 \vert A\vert<0∣A∣<0。
结合前面∣ A ∣ = 0 \vert A\vert = 0∣A∣=0或∣ A ∣ = − 1 \vert A\vert=-1∣A∣=−1,可得∣ A ∣ = − 1 \vert A\vert=-1∣A∣=−1。
综上,∣ A ∣ = − 1 \vert A\vert=-1∣A∣=−1。
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