数学のブログ

行列式 余因子展開 4次正方行列、連立1次方程式、解、クラメルの公式

手を動かしてまなぶ 線形代数 (藤岡 敦(著)、裳華房)の第3章(行列式)、9(余因子展開)、基本問題の問9.4(数物系)の解答を求めてみる。

1

det A = det [ a - b - c - d b a - d c c d a - b d - c b a ] = ( - 1 ) 1 + 1 a det [ a - d c d a - b - c b a ] + ( - 1 ) 1 + 2 ( - b ) det [ b - d c c a - b d b a ] + ( - 1 ) 1 + 3 ( - c ) det [ b a c c d - b d - c a ] + ( - 1 ) 1 + 4 ( - d ) det [ b a - d c d a d - c b ] = a ( ( a 3 - b c d + b c d ) - ( - a b 2 - a d 2 - a c 2 ) ) + b ( ( a 2 b + b d 2 + b c 2 ) - ( - b 3 - a c d + a c d ) ) - c ( ( a b d - a b d - c 3 ) - ( b 2 c + a 2 c + c d 2 ) ) + d ( ( b 2 d + a 2 d + c 2 d ) - ( - a b c + a b c - d 3 ) ) = a 4 + a 2 b 2 + a 2 d 2 + a 2 c 2 + a 2 b 2 + b 2 d 2 + b 2 c 2 + b 4 + c 4 + b 2 c 2 + a 2 c 2 + c 2 d 2 + b 2 d 2 + a 2 d 2 + c 2 d 2 + d 4 = a 4 + 2 ( b 2 + c 2 + d 2 ) a 2 + 2 ( b 2 c 2 + b 2 d 2 + c 2 d 2 ) + b 4 + c 4 + d 4 = a 4 + 2 ( b 2 + c 2 + d 2 ) a 2 + b 4 + 2 ( c 2 + d 2 ) b 2 + c 4 + 2 c 2 d 2 + d 4 = a 4 + 2 ( b 2 + c 2 + d 2 ) a 2 + b 4 + 2 ( c 2 + d 2 ) b 2 + ( c 2 + d 2 ) 2 = a 2 + 2 ( b 2 + c 2 + d 2 ) a 2 + ( b 2 + c 2 + dz ) 2 = ( a 2 + b 2 + c 2 + d 2 ) 2

2

x = ( x 1 , x 2 , x 3 , x 4 )

とおく。

x 1 = 1 det A [ 1 - b - c - d 0 a - d c 0 d a - b 0 - c b a ] = 1 ( a 2 + b 2 + c 2 + d 2 ) 2 ( a 3 + a b 2 + a c 2 + a d 2 ) = a a 2 + b 2 + c 2 + d 2

同様に計算して、

x = 1 a 2 + b 2 + c 2 + d 2 [ a b c d ]