设 a_(23) a_(31) a_(42) a_(56) a_(14) a_(65) 是 6 阶行列式的一项,则该项的符号为______。
设 $a_{23} a_{31} a_{42} a_{56} a_{14} a_{65}$ 是 6 阶行列式的一项,则该项的符号为______。
题目解答
答案
我们来分析题目:
题目给出的是:
$ a_{23} a_{31} a_{42} a_{56} a_{14} a_{65} $ 是 6 阶行列式的一项,问该项的符号。
第一步:理解行列式的项的结构
一个 $ n $ 阶行列式的一般项是:
$\pm a_{1j_1} a_{2j_2} a_{3j_3} \cdots a_{nj_n}$
其中,行标是自然顺序 $1,2,3,\dots,n$,列标是 $1$ 到 $n$ 的一个排列 $j_1,j_2,\dots,j_n$。符号由列标排列的逆序数决定:
- 如果列标排列的逆序数为偶数,符号为正;
- 如果为奇数,符号为负。
但注意:也可以写成行标和列标都是乱序的,只要每个行和列只出现一次。此时,该项对应的是行标排列和列标排列的联合排列,符号由行标排列和列标排列的逆序数之和的奇偶性决定。
更一般地,行列式中的任意一项是:
$\text{符号} = (-1)^{\tau(\text{行标排列}) + \tau(\text{列标排列})}$
其中 $\tau$ 表示排列的逆序数。
第二步:提取行标和列标
题目给出的项是:
$a_{23} a_{31} a_{42} a_{56} a_{14} a_{65}$
我们逐个写出每个元素的行标和列标:
- $ a_{23} $:行 2,列 3
- $ a_{31} $:行 3,列 1
- $ a_{42} $:行 4,列 2
- $ a_{56} $:行 5,列 6
- $ a_{14} $:行 1,列 4
- $ a_{65} $:行 6,列 5
所以,行标序列是:2, 3, 4, 5, 1, 6
列标序列是:3, 1, 2, 6, 4, 5
我们检查一下是否每个行和列都只出现一次:
- 行标:1,2,3,4,5,6 ✅(都出现了)
- 列标:1,2,3,4,5,6 ✅(也都出现了)
所以这是一个合法的行列式项。
第三步:确定符号
由于行标不是自然顺序,列标也不是自然顺序,我们不能直接看列标的逆序数。
正确的方法是:将这个乘积项看作对应一个排列 $\sigma$,使得 $a_{i,\sigma(i)}$,但这里行标是乱的。
更标准的方法是:将这些元素按行标从小到大重新排列,得到对应的列标排列,然后计算该列标排列的逆序数,从而确定符号。
第四步:按行标排序,得到列标排列
我们把项按行标从 1 到 6 重新排列:
原始项:
- $ a_{14} $:行1 → 列4
- $ a_{23} $:行2 → 列3
- $ a_{31} $:行3 → 列1
- $ a_{42} $:行4 → 列2
- $ a_{56} $:行5 → 列6
- $ a_{65} $:行6 → 列5
所以,按行标自然顺序排列后,对应的列标序列为:
$4, 3, 1, 2, 6, 5$
这就是列标的一个排列:$ j_1=4, j_2=3, j_3=1, j_4=2, j_5=6, j_6=5 $
第五步:计算这个列标排列的逆序数
排列为:4, 3, 1, 2, 6, 5
我们计算逆序数 $\tau$,即前面的数比后面大的数对个数。
逐个计算:
- 4:后面比它小的数有 3,1,2 → 3 个逆序
- 3:后面比它小的有 1,2 → 2 个逆序
- 1:后面比它小的有 0 个
- 2:后面比它小的有 0 个
- 6:后面比它小的有 5 → 1 个逆序
- 5:后面没有数 → 0 个
总逆序数:$3 + 2 + 0 + 0 + 1 + 0 = 6$
逆序数为 6,是偶数,所以符号为 正号。
第六步:结论
因此,该项的符号为 正。
✅ 答案:
$\boxed{+}$
解析
本题考查行列式中项的符号的确定,解题的关键在于理解行列式项的结构以及逆序数的概念,通过计算列标排列的逆序数来确定该项的符号。
- 理解行列式项的结构:
- 一个$n$阶行列式的一般项是$\pm a_{1j_1} a_{2j_2} a_{3j_3} \cdots a_{nj_n}$,其中行标是自然顺序$1,2,3,\dots,n$,列标是$1$到$n$的一个排列$j_1,j_2,\dots,j_n$。符号由列标排列的逆序数决定,若列标排列的逆序数为偶数,符号为正;若为奇数,符号为负。
- 对于行标和列标都是乱序的情况,该项的符号由行标排列和列标排列的逆序数之和的奇偶性决定,即$\text{符号} = (-1)^{\tau(\text{行标排列}) + \tau(\text{列标排列})}$,其中$\tau$表示排列的逆序数。
- 提取行标和列标:
- 对于项$a_{23} a_{31} a_{42} a_{56} a_{14} a_{65}$,逐个写出每个元素的行标和列标:
- $a_{23}$:行$2$,列$3$;
- $a_{31}$:行$3$,列$1$;
- $a_{42}$:行$4$,列$2$;
- $a_{56}$:行$5$,列$6$;
- $a_{14}$:行$1$,列$4$;
- $a_{65}$:行$6$,列$5$。
- 得到行标序列是$2, 3, 4, 5, 1, 6$,列标序列是$3, 1, 2, 6, 4, 5$。经检查,行标和列标都包含$1$到$6$,是合法的行列式项。
- 对于项$a_{23} a_{31} a_{42} a_{56} a_{14} a_{65}$,逐个写出每个元素的行标和列标:
- 按行标排序,得到列标排列:
- 将项按行标从$1$到$6$重新排列:
- $a_{14}$:行$1$ → 列$4$;
- $a_{23}$:行$2$ → 列$3$;
- $a_{31}$:行$3$ → 列$1$;
- $a_{42}$:行$4$ → 列$2$;
- $a_{56}$:行$5$ → 列$6$;
- $a_{65}$:行$6$ → 列$5$。
- 按行标自然顺序排列后,对应的列标序列为$4, 3, 1, 2, 6, 5$。
- 将项按行标从$1$到$6$重新排列:
- 计算列标排列的逆序数:
- 对于排列$4, 3, 1, 2, 6, 5$,计算逆序数$\tau$(前面的数比后面大的数对个数)。
- $4$:后面比它小的数有$3,1,2$,有$3$个逆序;
- $3$:后面比它小的有$1,2$,有$2$个逆序;
- $1$:后面比它小的有$0$个;
- $2$:后面比它小的有$0$个;
- $6$:后面比它小的有$5$,有$1$个逆序;
- $5$:后面没有数,有$0$个。
- 总逆序数$\tau = 3 + 2 + 0 + 0 + 1 + 0 = 6$。
- 对于排列$4, 3, 1, 2, 6, 5$,计算逆序数$\tau$(前面的数比后面大的数对个数)。
- 确定符号:
- 因为逆序数$6$是偶数,所以该项的符号为正号。