四阶行列式中包含 a_(22)a_(43) 且带正号的项是 _____________.
四阶行列式中包含 $a_{22}a_{43}$ 且带正号的项是 _____________.
题目解答
答案
我们来解这道题:
题目:四阶行列式中包含 $a_{22}a_{43}$ 且带正号的项是 _________。
第一步:回顾四阶行列式的定义
四阶行列式的一般项为:
$\text{项} = \text{符号} \cdot a_{1j_1}a_{2j_2}a_{3j_3}a_{4j_4}$
其中,$(j_1, j_2, j_3, j_4)$ 是 $1,2,3,4$ 的一个排列,
符号由排列 $(j_1, j_2, j_3, j_4)$ 的逆序数决定:
若逆序数为偶数,则符号为正;若为奇数,则符号为负。
也可以从行标和列标的排列来考虑:
一般项是 $ \pm a_{i_1j_1}a_{i_2j_2}a_{i_3j_3}a_{i_4j_4} $,其中行标 $i_1,i_2,i_3,i_4$ 是 $1,2,3,4$ 的排列,列标 $j_1,j_2,j_3,j_4$ 也是排列。
通常我们按行标从小到大排列(即 $i_k = k$),所以一般项写作:
$\text{sgn}(j_1,j_2,j_3,j_4) \cdot a_{1j_1}a_{2j_2}a_{3j_3}a_{4j_4}$
第二步:题目要求包含 $a_{22}a_{43}$
这意味着在该项中:
- 第2行取第2列:$a_{22}$ → 所以 $j_2 = 2$
- 第4行取第3列:$a_{43}$ → 所以 $j_4 = 3$
而整个项是四元乘积:$a_{1j_1}a_{2j_2}a_{3j_3}a_{4j_4}$,其中 $j_1,j_2,j_3,j_4$ 是 $1,2,3,4$ 的一个排列。
已知:
- $j_2 = 2$
- $j_4 = 3$
所以剩下的两个列标 $j_1$ 和 $j_3$ 必须从剩下的数字中选。
当前已用列号:2 和 3 → 剩下的是 1 和 4。
所以 $j_1$ 和 $j_3$ 只能是 1 和 4 的某种排列。
即有两种可能:
- $j_1 = 1, j_3 = 4$ → 排列为 $(j_1,j_2,j_3,j_4) = (1,2,4,3)$
- $j_1 = 4, j_3 = 1$ → 排列为 $(4,2,1,3)$
我们分别计算这两个排列的逆序数,判断哪一项带正号。
第三步:计算两种情况的逆序数
情况1:排列 $(1,2,4,3)$
我们计算这个列标排列的逆序数。
从左到右看每个数后面比它小的数的个数:
- 1:后面有 2,4,3,都比1大 → 0个
- 2:后面有 4,3,都比2大 → 0个
- 4:后面有 3,比4小 → 1个
- 3:后面无 → 0个
逆序数 = 1 → 奇数 → 符号为负 ❌
情况2:排列 $(4,2,1,3)$
计算逆序数:
- 4:后面有 2,1,3,都比4小 → 3个
- 2:后面有 1,3 → 比2小的有1 → 1个
- 1:后面有 3,比1大 → 0个
- 3:后面无 → 0个
逆序数 = 3 + 1 = 4 → 偶数 → 符号为正 ✅
第四步:写出该项
对应排列 $(j_1,j_2,j_3,j_4) = (4,2,1,3)$
所以项为:
$a_{14}a_{22}a_{31}a_{43}$
符号为正。
而且它包含 $a_{22}$ 和 $a_{43}$,符合题意。
第五步:确认这是唯一可能的正号项
我们前面分析只有两种可能的排列,其中只有一种($(4,2,1,3)$)逆序数为偶,符号为正。
所以这是唯一满足条件的项。
✅ 最终答案:
$\boxed{a_{14}a_{22}a_{31}a_{43}}$
解析
本题考查四阶行列式的定义以及排列逆序数的计算。解题思路是先根据四阶行列式的定义确定包含$a_{22}a_{43}$的项的形式,再找出剩下列标的可能排列,最后计算这些排列的逆序数,根据逆序数的奇偶性确定符号,从而得到带正号的项。
- 回顾四阶行列式的定义:
四阶行列式的一般项为$\text{项} = \text{符号} \cdot a_{1j_1}a_{2j_2}a_{3j_3}a_{4j_4}$,其中$(j_1, j_2, j_3, j_4)$是$1,2,3,4$的一个排列,符号由排列$(j_1, j_2, j_3, j_4)$的逆序数决定,若逆序数为偶数,则符号为正;若为奇数,则符号为负。 - 确定包含$a_{22}a_{43}$的项的形式:
已知第$2$行取第$2$列:$a_{22}$,所以$j_2 = 2$;第$4$行取第$3$列:$a_{43}$,所以$j_4 = 3$。
而整个项是四元乘积$a_{1j_1}a_{2j_2}a_{3j_3}a_{4j_4}$,其中$j_1,j_2,j_3,j_4$是$1,2,3,4$的一个排列。 - 找出剩下列标的可能排列:
当前已用列号:$2$和$3$,剩下的是$1$和$4$。
所以$j_1$和$j_3$只能是$1$和$4$的某种排列,即有两种可能:- $j_1 = 1, j_3 = 4$,排列为$(j_1,j_2,j_3,j_4) = (1,2,4,3)$。
- $j_1 = 4, j_3 = 1$,排列为$(4,2,1,3)$。
- 计算两种情况的逆序数:
- 情况$1$:排列$(1,2,4,3)$。
从左到右看每个数后面比它小的个数:
$1$:后面有$2,4,3$,都比$1$大$\to 0$个;
$2$:后面有$4,3$,都比$2$大$\to 0$个;
$4$:后面有$3$,比$4$小$\to 1$个;
$3$:后面无$\to 0$个。
逆序数$= 1$,为奇数,符号为负。 - 情况$2$:排列$(4,2,1,3)$。
计算逆序数:
$4$:后面有$2,1,3$,都比$4$小$\to 3$个;
$2$:后面有$1,3$,比$2$小的有$1$ $\to 1$个;
$1$:后面有$3$,比$1$大$\to 0$个;
$3$:后面无$\to 0$个。
逆序数$= 3 + 1 = 4$,为偶数,符号为正。
5书情况$2$:排列$(4,2,1,3)$。
计算逆序数:
$4$:后面有$2,1,3$,都比$4$小$\to 3$个;
$2$:后面有$1,3$,比$2$小的有$1$ $\to 1$个;
$1$:后面有$3$,比$1$大$\to 0$个;
$3$:后面无$\to 0$个。
逆序数$= 3 + 1 = 4$,为偶数,符号为正。
- 情况$1$:排列$(1,2,4,3)$。
- 写出该项:
对应排列$(j_1,j_2,j_3,j_4) = (4,2,1,3)$,所以项为$a_{14}a_{22}a_{31}a_{43}$,符号为正,且它包含$a_{22}$和$a_{43}$,符合题意。