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数学
题目

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。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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$4, 3, 1, 2, 6, 5$。
  4. 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$\tau = 3 + 2 + 0 + 0 + 1 + 0 = 6$。
  5. 确定符号:
    • 因为逆序数$6$是偶数,所以该项的符号为正号。

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