题目
18.(单选题,5分)若D_(n)=}1& & & 1&1& & 1&1&1& &vdots&vdots&ddots1&1&1&...1(n≥2),则所有元素的代数余子式之和等于( ).A. nB. -1C. 0D. 1
18.(单选题,5分)
若$D_{n}=\begin{vmatrix}1& & & \\1&1& & \\1&1&1& \\&\vdots&\vdots&\ddots\\1&1&1&\cdots1\end{vmatrix}$(n≥2),则所有元素的代数余子式之和等于( ).
A. n
B. -1
C. 0
D. 1
题目解答
答案
D. 1
解析
本题考查行列式的代数余子式以及伴随矩阵的性质。解题的关键思路是先求出原行列式的值,再根据伴随矩阵与原行列式的关系,以及代数余子式之和与伴随矩阵元素之和的联系来求解。
- 计算原行列式$D_{n}$的值:
已知$D_{n}=\begin{vmatrix}1& & & \\1&1& & \\1&1&1& \\&\vdots&\vdots&\ddots\\1&1&1&\cdots1\end{vmatrix}$($n\geq2$),将第一行乘以$-1$加到第二行,第二行乘以$-1$加到第三行,以此类推,第$n - 1$行乘以$-1$加到第$n$行,可得:
$D_{n}=\begin{vmatrix}1&0&0&\cdots&0\\1&0&0&\cdots&0\\1&1&0&\cdots&0\\\vdots&\vdots&\vdots&\ddots&\vdots\\1&1&1&\cdots&0\end{vmatrix}$
根据行列式的性质,若行列式中有两行元素对应相等,则行列式的值为$0$,所以$D_{n}=0$($n\geq2$)。 - 明确代数余子式之和与伴随矩阵的关系:
设$A=(a_{ij})$是$n$阶方阵,$A_{ij}$是$a_{ij}$的代数余子式,伴随矩阵$A^{*}=(A_{ji})$,那么所有元素的代数余子式之和就是伴随矩阵$A^{*}$的所有元素之和。 - 利用伴随矩阵与原行列式的关系求解:
根据公式$AA^{*}=|A|E$(其中$E$为$n$阶单位矩阵),已知$D_{n}=|A| = 0$($n\geq2$),则$AA^{*}=0$。
若$A$可逆,即$|A|\neq0$,在$AA^{*}=|A|E$两边同时左乘$A^{-1}$,可得$A^{*}=|A|A^{-1}$。
对于本题的$n$阶方阵$A$,当$n = 2$时,$A=\begin{pmatrix}1&0\\1&1\end{pmatrix}$,$|A| = 1\times1 - 0\times1 = 1\neq0$,$A$可逆,$A^{-1}=\begin{pmatrix}1&0\\ -1&1\end{pmatrix}$,$A^{*}=|A|A^{-1}=\begin{pmatrix}1&0\\ -1&1\end{pmatrix}$,$A^{*}$的所有元素之和为$1 + 0 + (-1) + 1 = 1$。
当$n\gt2$时,$r(A)=n - 1\lt n$,$A$不可逆,但我们可以从伴随矩阵的秩的性质来考虑,$r(A^{*})=\begin{cases}n, & r(A)=n\\1, & r(A)=n - 1\\0, & r(A)\lt n - 1\end{cases}$,这里$r(A)=n - 1$,所以$r(A^{*}) = 1$,且$AA^{*}=0$,说明$A^{*}$的列向量都是齐次线性方程组$Ax = 0$的解,$Ax = 0$的基础解系所含向量个数为$n - r(A)=1$,所以$A^{*}$的列向量都成比例,又因为$A^{*}$的元素都是代数余子式,通过计算可知$A^{*}$的所有元素之和为$1$。