四階行列式計算方法的一些教學(xué)探討

四階行列式計算方法的一些教學(xué)探討【摘要】行列式的計算是線性代數(shù)中主要的基礎(chǔ)知識之一，利用倍加性質(zhì)造零是四階行列式的計算方法中最關(guān)鍵的步驟，也是難點。針對高職高專學(xué)生的特點，總結(jié)出學(xué)生容易理解接受的新技巧———找1造0，橫寫豎算（豎寫橫算），有效地突破這一難點，提高教學(xué)效果?！娟P(guān)鍵詞】四階行列式；倍加造零；找1造0；橫寫豎算；豎寫橫算行列式計算的思想和方法其實是以行列式的性質(zhì)為工具，把四階行列式化為一些特殊的行列式或是三階行列式來求解。而數(shù)字行列式一般是降為三階行列式來進行計算，因此計算方法離不開倍加性質(zhì)和拉普拉斯展開式。二、分析探討我們先回憶一下倍加性質(zhì)：把行列式的某一行（列）的元素乘以常數(shù)k，再加到另一行（列）的對應(yīng)元素上，行列式的值不變。這條性質(zhì)主要用于把元素化為零，因此又叫“倍加造”下幾點：行化。（2）“倍加”二字包括乘法和加法兩種運算，也就意味著具體計算是先乘法后加法。（3）常數(shù)k如何取，取什么數(shù)才能合乎題意，這是難點。（4）最終目的是造零，零的個數(shù)越多，求解就越簡便，但某一行（列）最多也就是三個零。對于四階行列式的求解有兩種辦法，一種是利用拉普拉斯展開式，直接降階為三階行列式，這種計算方法的缺點是計算量大，至少要計算兩個或兩個以上的三階行列式。而通過倍加造零后再降階，造零后的四階行列式最終可以直接轉(zhuǎn)化成一個三階行列式來計算。目標(biāo)：先把四階行列式的某一行（列）的三個元素變成零。為了使造零的過程簡單些，再根據(jù)高職高專學(xué)生的水平基礎(chǔ)，我們一般先找到最多零所在的行或列，最后留住一個1，造三個0；找到某一行就是橫寫，找到某一列就是豎寫，寫啥呢？寫一個1，三個0，寫完以后，記得明確橫寫，那么造零的過程只能列與列之間的倍加變換；豎寫，那么造零的過程就只能行與行之間的倍加變換。這就是第一個技巧叫橫寫豎算或豎寫橫算。以實際例子來示范，比如：，我們先找到最多零的第二行（也可以第四行，方法類似），上10；析的二個，以第一列和第二列的元素全部保持不變，再接著寫完整就是，第一個步驟完成。接下來分析，真正要計算的元素實際上只有6個，這6個如何計算，利用倍加性質(zhì)。先看第三個元素由變成0，利用倒推法，只有加上1才等于0，找1造0，相當(dāng)于1只要乘以1倍還是1，因此得到第一列乘以常數(shù)1，再加到第三列，；同理可知第四個元素的造法，由2變成0，只有加上，相當(dāng)于1只要乘以就行，因此是第一列乘以常數(shù)，再加到第四列，這就是找1造零。最后再利用拉普拉斯展開式，轉(zhuǎn)化成一個三階行列式來計算。綜合起來：這個解題技巧就是橫寫豎算，找1造0.同理我們也可以進行豎寫橫算，比如我們找到最多零的第二列（也可以第四列，方法類似），按上述步驟，先豎寫好1和0，對比原式第一行和第二行沒有變化，所以；第二步找1造0，第一行乘以加到第三行，第一行乘以加到第四行，；最后再降為三階行列式計算。綜合起來：利用橫寫豎算（豎寫橫算）和找1造0這兩個技巧，高職高專的學(xué)生更容易找到解題的方法和訣竅，計算起來也更加準(zhǔn)確清晰，不會被這么多數(shù)字搞迷糊。當(dāng)然，在倍加造零這條性質(zhì)里，并不僅僅只能找1造0，其實找任何數(shù)字都可以造0，只不過按照高職高專學(xué)生的基礎(chǔ)而言，找1造0是最簡單也是最容易計算的，這種題型在實際求解題型中也是最多的。如果找其他數(shù)字造零，倍數(shù)有可能需要的是分?jǐn)?shù)，而不是整數(shù)，計算起來相對復(fù)雜一些，但原理也是一樣的。比如上題，找0多的所在行（列）展開降階，這一分析過程和前面是一樣的，我們?nèi)砸缘诙姓归_，第二行的4個元素1、0、3、1，如果不找1來造0，我們選擇3來造0，那么3要把1變成0的話，1依舊加上才能等于0，但倍數(shù)要從3得到的話，只能是3乘以