Propietats dels determinants

Desenvolupament d'un determinant pels elements d'una línia

El valor d'un determinant \( \left| \boldsymbol{A} \right| \) d'ordre \( n \) és la suma algebraica dels \(n\) productes que s'obtenen multiplicant cada element d'una linia qualsevol (fila o columna) per el seu adjunt corresponent.

Per exemple, un determinant d'ordre 3 es pot calcular fent el desenvolupament pels elements de la primera fila:

\( \begin{align} \left| \begin{array}{ccc} a_{11}&a_{12}&a_{13} \\ a_{21}&a_{22}&a_{23} \\ a_{31}&a_{32}&a_{33} \end{array} \right| &= a_{11}·A_{11} + a_{12}·A_{12} + a_{13}·A_{13} = \\ &= a_{11}·\left| \begin{array}{cc} a_{22}&a_{23} \\ a_{32}&a_{33} \end{array} \right| - a_{12}·\left| \begin{array}{cc} a_{21}&a_{23} \\ a_{31}&a_{33} \end{array} \right| + a_{13}·\left| \begin{array}{cc} a_{21}&a_{22} \\ a_{31}&a_{32} \end{array} \right| \end {align} \)

Però també es pot desenvolupar, per exemple, pels elements de la tercera columna:

\( \begin{align} \left| \begin{array}{ccc} a_{11}&a_{12}&a_{13} \\ a_{21}&a_{22}&a_{23} \\ a_{31}&a_{32}&a_{33} \end{array} \right| &= a_{13}·A_{13} + a_{23}·A_{23} + a_{33}·A_{33} = \\ &= a_{13}·\left| \begin{array}{cc} a_{21}&a_{22} \\ a_{31}&a_{32} \end{array} \right| - a_{23}·\left| \begin{array}{cc} a_{11}&a_{12} \\ a_{31}&a_{32} \end{array} \right| + a_{33}·\left| \begin{array}{cc} a_{11}&a_{212} \\ a_{21}&a_{22} \end{array} \right| \end {align} \)

Aquest mètode és molt útil quan una de les línies (fila o columna) té zeros. Altra avantatge d'aquest mètode és que permet calcular determinants d'ordre 4 o superior.

Exemple

El determinant de la matriu

\( \boldsymbol{A} = \left( \begin{array}{rrr} 1&2&5 \\ 6&0&0 \\ 3&4&-1 \end{array} \right) \)

es pot fer amb un desenvolupament dels elements de la segona fila. D'aquesta manera no cal calcular 2 dels 3 determinants d'ordre 2.

\( \begin{align} \left| \boldsymbol{A} \right| &= -6·\left| \begin{array}{rr} 2&5 \\ 4&-1 \end{array} \right| + \cancel{ 0·\left| \begin{array}{rr} 1&5 \\ 3&-1 \end{array} \right| } - \cancel{ 0·\left| \begin{array}{rr} 1&2 \\ 3&4 \end{array} \right| } = \\ &= -6·(-22) = 132 \end{align} \)

Determinants d'ordre 4

La regla de Sarrus només és vàlida per a determinants d'ordre 3. Però el mètode del desenvolupament pels elements d'una línia es vàlid per a determinants de qualsevol ordre.

Concretament un determinant d'ordre \(4\) es pot calcular a partir de quatre determinants d'ordre \(3\). Si, per exemple, es desenvolupa pels elements de la primera fila.

\( \left| \begin{array}{cccc} a_{11}&a_{12}&a_{13}&a_{14} \\ a_{21}&a_{22}&a_{23}&a_{24} \\ a_{31}&a_{32}&a_{33}&a_{34} \\ a_{41}&a_{42}&a_{43}&a_{44} \end{array} \right| = a_{11} \cdot A_{11} + a_{12} \cdot A_{12} + a_{13} \cdot A_{13} + a_{14} \cdot A_{14} \)

Per saber el signe que correspon als adjunts, podem fer servir una taula escacada de signes:

\( \left(\begin{array}{rrr} +&-&+&- \\ -&+&-&+ \\ +&-&+&- \\ -&+&-&+ \end{array}\right) \)

Exercici 17

Calcula el determinant de la matriu \( \boldsymbol{A} = \left( \begin{array}{rrrr} 0&3&1&-1 \\ 4&0&1&1 \\ 3&0&5&1 \\ -2&5&0&1 \end{array} \right) \).

Solució:

Propietats dels determinants