2011年1月9日日曜日

"微分法の応用・積分法・積分法の応用・行列と行列式 (数学読本)"の第21章(もう一つの数学の基盤 - 行列と行列式)の21.3(連立1次方程式と行列式), n=3の場合の問35, 36, 37を解いてみる。



問35

⑥の証明

左辺

=det(\vec{a},x\vec{a}+y\vec{b}+z\vec{c},\vec{c})

=xdet(\vec{a},\vec{a},\vec{c})+ydet(\vec{a},\vec{b},\vec{c})+zdet(\vec{a},\vec{b},\vec{c})

=ydet(\vec{a},\vec{b},\vec{c})

=左辺

⑦の証明

左辺

=det(\vec{a},\vec{b},x\vec{a}+y\vec{b}+x\vec{c})

=xdet(\vec{a},\vec{b},\vec{a})+ydet(\vec{a},\vec{b},\vec{b})+zdet(\vec{a},\vec{b},\vec{c})

=zdet(\vec{a},\vec{b},\vec{c})

=右辺

(証明終)


問36

\vec{a}=

a
c

\vec{b}=

b
d

\vec{p}=

p
q

とおけば、問題の2元連立1次方程式は

x\vec{a}+y\vec{b}=\vec{p}

と書くことが出来る。これを用いて行列式

det(\vec{p},\vec{b})

を計算すると、

det(x\vec{a}+y\vec{b},\vec{b})

=xdet(\vec{a},\vec{b})+ydet(\vec{b},\vec{b})

=xdet(\vec{a},\vec{b})

同様に、

det(\vec{a},\vec{p})=ydet(\vec{a},\vec{b})

ここで、

\Delta=ad-bc\ne0

と仮定すると、

x=\frac{det(\vec{p},\vec{b})}{\Delta},\ y=\frac{det(\vec{a},\vec{p})}{\Delta}

となる。


問37

(1)

\Delta=

det
7 5 0
4 3 -1
9 7 0

=49-45=4

det
2 2 1
-2 3 -1
6 4 1

=det
0 5 0
-2 3 -1
4 7 0

=-20

x=-20/4=-5

det
3 2 1
4 -2 -1
5 6 1

=det
7 0 0
4 -2 -1
9 4 0

=28

y=28/4=7

det
3 2 2
4 3 -2
5 4 6

=det
7 5 0
4 3 -2
17 13 0

=2(91-85)=12

z=12/4=3

(2)

\Delta=

det
1 3 -5
0 -7 18
0 -12 23

=-161+216=55

det
5 3 -5
0 2 3
0 -6 13

=5(26+18)=220

x=220/55=4

det
1 5 -5
3 0 3
2 0 13

=-5(39-6)

y=-33/11=-3

det
1 3 5
3 2 0
2 -6 0

=5(-18-4)

z=-22/11=-2

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