设四阶行列式 D 的第三行元素分别为 -1, 0, 2, 4,第四行元素对应的余子式的值依次是 2, 10, a, 4,则 a= ( ).A. 1B. -7C. 7D. 9
设四阶行列式 $D$ 的第三行元素分别为 $-1, 0, 2, 4$,第四行元素对应的余子式的值依次是 $2, 10, a, 4$,则 $a=$ ( ). A. 1 B. -7 C. 7 D. 9
题目解答
答案
我们已知一个四阶行列式 $ D $,其第三行的元素分别是:
$-1, \ 0, \ 2, \ 4$
即:
设行列式为 $ D $,则第3行是:
$a_{31} = -1, \quad a_{32} = 0, \quad a_{33} = 2, \quad a_{34} = 4$
又已知第四行元素对应的余子式的值依次是:
$M_{41} = 2, \quad M_{42} = 10, \quad M_{43} = a, \quad M_{44} = 4$
注意:这里是余子式(Minor),不是代数余子式(Algebraic Minor / Cofactor)。
关键知识点回顾:
对于行列式 $ D $,按第 $ i $ 行展开:
$D = \sum_{j=1}^n a_{ij} \cdot A_{ij}$
其中 $ A_{ij} = (-1)^{i+j} M_{ij} $ 是元素 $ a_{ij} $ 的代数余子式,$ M_{ij} $ 是余子式。
但本题中,我们没有直接给出 $ D $ 的值,而是给出了第三行元素和第四行元素的余子式。
我们考虑一个重要的性质:行列式中,某一行元素与另一行对应元素的代数余子式乘积之和为0。
即:不同行的元素与代数余子式的乘积之和为0。
> 也就是说,若用第 $ i $ 行的元素去乘第 $ j $ 行的代数余子式($ i \ne j $),则和为0。
这个性质来源于行列式的展开性质:当把某一行换成另一行时,行列式有两行相同,值为0。
应用这个性质:
我们现在用第三行的元素,去乘第四行对应列的代数余子式,其乘积之和应为0:
$\sum_{j=1}^4 a_{3j} \cdot A_{4j} = 0$
其中 $ a_{3j} $ 是第三行元素,$ A_{4j} $ 是第四行第 $ j $ 列元素的代数余子式。
而代数余子式与余子式的关系是:
$A_{4j} = (-1)^{4+j} M_{4j}$
我们逐项计算:
- $ j=1 $: $ A_{41} = (-1)^{4+1} M_{41} = (-1)^5 \cdot 2 = -2 $
- $ j=2 $: $ A_{42} = (-1)^{6} \cdot 10 = 1 \cdot 10 = 10 $
- $ j=3 $: $ A_{43} = (-1)^{7} \cdot a = -a $
- $ j=4 $: $ A_{44} = (-1)^{8} \cdot 4 = 1 \cdot 4 = 4 $
第三行元素:$ a_{31} = -1, a_{32} = 0, a_{33} = 2, a_{34} = 4 $
计算乘积和:
$a_{31} A_{41} + a_{32} A_{42} + a_{33} A_{43} + a_{34} A_{44} = (-1)(-2) + (0)(10) + (2)(-a) + (4)(4) = 2 + 0 - 2a + 16 = 18 - 2a$
根据“不同行元素与代数余子式乘积和为0”的性质:
$18 - 2a = 0 \Rightarrow 2a = 18 \Rightarrow a = 9$
答案:
$\boxed{D. \ 9}$
✅ 最终答案:$ \boxed{9} $
解析
考查要点:本题主要考查行列式中余子式与代数余子式的性质,以及不同行元素与代数余子式乘积和为零的性质。
解题核心思路:
利用行列式展开的性质,某一行元素与另一行对应代数余子式的乘积之和为0。将第三行元素与第四行的代数余子式相乘并求和,建立方程求解未知数$a$。
破题关键点:
- 正确转换余子式为代数余子式,注意符号的计算;
- 代数余子式与元素的乘积和为0,建立方程求解。
步骤1:写出第四行的代数余子式
第四行的余子式为$M_{41}=2, M_{42}=10, M_{43}=a, M_{44}=4$,代数余子式为:
$\begin{aligned}A_{41} &= (-1)^{4+1} M_{41} = -2, \\A_{42} &= (-1)^{4+2} M_{42} = 10, \\A_{43} &= (-1)^{4+3} M_{43} = -a, \\A_{44} &= (-1)^{4+4} M_{44} = 4.\end{aligned}$
步骤2:计算第三行元素与第四行代数余子式的乘积和
第三行元素为$a_{31}=-1, a_{32}=0, a_{33}=2, a_{34}=4$,乘积和为:
$\begin{aligned}\sum_{j=1}^4 a_{3j} A_{4j} &= (-1)(-2) + 0 \cdot 10 + 2(-a) + 4 \cdot 4 \\&= 2 + 0 - 2a + 16 \\&= 18 - 2a.\end{aligned}$
步骤3:根据性质列方程求解
根据不同行元素与代数余子式乘积和为0,得:
$18 - 2a = 0 \quad \Rightarrow \quad a = 9.$