题目
[题目]-|||-证明:-|||-x -1 0 0-|||-0 x -1 0 =(a)_(3)(x)^3+(a)_(2)(x)^2+(a)_(1)x+(a)_(0)-|||-0 0 x -1-|||-a0 a1 a2 a3
题目解答
答案
解析
考查要点:本题主要考查行列式的展开方法,特别是按列展开法的应用,以及递推展开的技巧。需要学生掌握行列式的展开规则,尤其是余子式前的符号因子。
解题核心思路:
- 按第1列展开行列式,利用元素为0的特性简化计算。
- 对展开后的子行列式继续按第1列展开,逐步降阶,最终得到多项式形式。
- 符号因子的正确处理是关键,需注意余子式前的符号为$(-1)^{i+j}$。
破题关键点:
- 发现第1列中只有第1行和第4行的元素非零,从而简化展开步骤。
- 递归展开子行列式时,每次优先选择含零元素的列,降低计算复杂度。
行列式结构:
$D = \begin{vmatrix}x & -1 & 0 & 0 \\0 & x & -1 & 0 \\0 & 0 & x & -1 \\a_0 & a_1 & a_2 & a_3\end{vmatrix}$
按第1列展开
根据行列式展开规则,第1列元素为$x, 0, 0, a_0$,对应余子式为:
$D = x \cdot M_{11} \cdot (-1)^{1+1} + a_0 \cdot M_{41} \cdot (-1)^{4+1}$
其中:
- $M_{11}$是去掉第1行第1列后的子行列式:
$M_{11} = \begin{vmatrix}x & -1 & 0 \\0 & x & -1 \\a_1 & a_2 & a_3\end{vmatrix}$ - $M_{41}$是去掉第4行第1列后的子行列式:
$M_{41} = \begin{vmatrix}-1 & 0 & 0 \\x & -1 & 0 \\0 & x & -1\end{vmatrix}$
计算$M_{11}$
对$M_{11}$按第1列展开:
$M_{11} = x \cdot \begin{vmatrix}x & -1 \\a_2 & a_3\end{vmatrix}
+ a_1 \cdot \begin{vmatrix}-1 & 0 \\x & -1\end{vmatrix}$
计算各子行列式:
- $\begin{vmatrix} x & -1 \\ a_2 & a_3 \end{vmatrix} = x a_3 + a_2$
- $\begin{vmatrix} -1 & 0 \\ x & -1 \end{vmatrix} = 1$
因此:
$M_{11} = x(x a_3 + a_2) + a_1 \cdot 1 = x^2 a_3 + x a_2 + a_1$
计算$M_{41}$
$M_{41}$为下三角行列式,对角线元素均为$-1$,故:
$M_{41} = (-1) \cdot (-1) \cdot (-1) = -1$
合并结果
将$M_{11}$和$M_{41}$代入原式:
$D = x(x^2 a_3 + x a_2 + a_1) + a_0 \cdot (-1) \cdot (-1) = a_3 x^3 + a_2 x^2 + a_1 x + a_0$