一、元素
在数学中,把考察的对象,叫做元素。
例如,将1、2、3组成三位数,在没有重复数字的情况下,能组成多少个?其中的1、2、3就叫做元素。
二、全排列
把n个不同的元素排成一列,叫做这n个元素的全排列(也简称排列)。n个不同元素的所有排列的种数,通常用
表示。
从n个元素中任取一个放在第一个位置上,有n种取法;
又从剩下的n-1个元素中任取一个放在第二个位置上,有n-1种取法;
这样继续下去,直到最后只剩下一个元素放在第n个位置上,只有1种取法。于是
行列式完全展开后的各项,对应其列号的全排列。
三、逆序数
对于n个不同的元素,我们规定各元素之间有一个标准次序(例如n个不同的自然数,可规定由小到大为标准次序),于是在这n个元素的任一排列中,当某两个元素的先后次序与标准次序不同时,就说有1个逆序。一个排列中所有逆序的总数叫做这个排列的逆序数。
逆序数为奇数的排列叫做奇排列,逆序数为偶数的排列叫做偶排列。
计算排列的逆序数的方法:
不失一般性,不妨设n个元素为1至n这n个自然数,并规定由小到大为标准次序,设
为这n个自然数的一个排列,考虑元素
,如果比
大且排在
前面的元素有
个,就说
这个元素的逆序数是
。全体元素的逆序之和
即是这个排列的逆序数。
例 求排列32514的逆序数。
解 在排列32514中,
3排在首位,逆序数总为0;
2的前面比2大的数有一个(3),故逆序数为1;
5是最大数,逆序数总为0;
1的前面比1大的数有三个(3、2、5)。故逆序数为3;
4的前面比4大的数有一个(5),故逆序数为1;
于是排列的逆序数为
四、行列式定义
为了作出n阶行列式的定义,我们先研究三阶行列式的结构。三阶行列式定义为
容易看出:
(1)上式右端的每一项都恰是三个元素的乘积,这三个元素位于不同的行、不同的列。因此,上式右端的任意项除正负号外可以写成
。这里第一个下标(称行标)排成标准排列123,而第二个下标(称列标)排成
,它是1、2、3三个数的某个排列,这样的排列共有6种,对应上式右端共含6项。
(2)各项的正负号与列标的排列对照:
带正号的三项列标排列是:123,231,312;
带负号的三项列标排列是:132,213,321.
经计算可知前三个排列都是偶排列,而后三个排列都是奇排列。因此各项所带的正负号可以表示为
,其中t为列标排列的逆序数。
总之,三阶行列式可以写成
仿照上式,我们可以把行列式推广到一般情形。
定义 设有
个数,排成n列的表
作出表中位于不同行不同列的n个数的乘积,并冠以符号
,得到形如
的项,其中
为自然数1,2,…,n的一个排列,t为这个排列的逆序数,由于这样的排列共有n!个,因而形如上式的项共有n!项。所有这n!项的代数和
称为n阶行列式,记作
简记作
。数
称为行列式
的元素。
按此定义的二阶、三阶行列式,与用对角线法则定义的二阶、三阶行式,显然是一致的。当n=1时,
,注意不要与绝对值记号相混淆。
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