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数学
题目

11.|}0&0&0&10&0&1&00&1&0&01&0&0&0|=( )。 (A.)0 (B.)-1 (C.)1 (D.)2

11.$\left|\begin{matrix}0&0&0&1\\0&0&1&0\\0&1&0&0\\1&0&0&0\end{matrix}\right|=( )$。 (
A.)0 (
B.)-1 (
C.)1 (
D.)2

题目解答

答案

为了求解四阶行列式 $\left|\begin{matrix}0&0&0&1\\0&0&1&0\\0&1&0&0\\1&0&0&0\end{matrix}\right|$,我们可以使用行列式的性质和展开方法。下面将逐步进行计算。

步骤1:理解行列式

给定的行列式是:
$\left|\begin{matrix}0 & 0 & 0 & 1 \\0 & 0 & 1 & 0 \\0 & 1 & 0 & 0 \\1 & 0 & 0 & 0\end{matrix}\right|$

步骤2:使用行列式的性质

行列式的一个重要性质是,如果将行列式的某一行(或列)的元素与另一行(或列)的对应元素的代数余子式相乘,其和为零。我们可以利用这个性质来简化计算。

步骤3:按第一行展开

我们选择第一行进行展开,因为第一行有三个0,只有一个1,这样可以简化计算。行列式按第一行展开为:
$\left|\begin{matrix}0 & 0 & 0 & 1 \\0 & 0 & 1 & 0 \\0 & 1 & 0 & 0 \\1 & 0 & 0 & 0\end{matrix}\right| = 0 \cdot C_{11} + 0 \cdot C_{12} + 0 \cdot C_{13} + 1 \cdot C_{14}$
其中 $C_{14}$ 是元素 $a_{14} = 1$ 的代数余子式。代数余子式 $C_{14}$ 是由去掉第一行和第四列得到的三阶行列式,乘以 $(-1)^{1+4} = -1$:
$C_{14} = (-1)^{1+4} \left|\begin{matrix}0 & 0 & 1 \\0 & 1 & 0 \\1 & 0 & 0\end{matrix}\right| = - \left|\begin{matrix}0 & 0 & 1 \\0 & 1 & 0 \\1 & 0 & 0\end{matrix}\right|$

步骤4:计算三阶行列式

现在,我们需要计算三阶行列式 $\left|\begin{matrix}0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0 \\ 1 & 0 & 0\end{matrix}\right|$。我们同样可以使用展开法,选择第一行进行展开:
$\left|\begin{matrix}0 & 0 & 1 \\0 & 1 & 0 \\1 & 0 & 0\end{matrix}\right| = 0 \cdot C_{11} + 0 \cdot C_{12} + 1 \cdot C_{13}$
其中 $C_{13}$ 是元素 $a_{13} = 1$ 的代数余子式。代数余子式 $C_{13}$ 是由去掉第一行和第三列得到的二阶行列式,乘以 $(-1)^{1+3} = 1$:
$C_{13} = (-1)^{1+3} \left|\begin{matrix}0 & 1 \\1 & 0\end{matrix}\right| = \left|\begin{matrix}0 & 1 \\1 & 0\end{matrix}\right|$

步骤5:计算二阶行列式

现在,我们需要计算二阶行列式 $\left|\begin{matrix}0 & 1 \\ 1 & 0\end{matrix}\right|$:
$\left|\begin{matrix}0 & 1 \\1 & 0\end{matrix}\right| = 0 \cdot 0 - 1 \cdot 1 = -1$

步骤6:回代计算

将二阶行列式的值代回三阶行列式的计算中:
$C_{13} = -1$
$\left|\begin{matrix}0 & 0 & 1 \\0 & 1 & 0 \\1 & 0 & 0\end{matrix}\right| = 1 \cdot (-1) = -1$

步骤7:回代计算原行列式

将三阶行列式的值代回原行列式的计算中:
$C_{14} = -(-1) = 1$
$\left|\begin{matrix}0 & 0 & 0 & 1 \\0 & 0 & 1 & 0 \\0 & 1 & 0 & 0 \\1 & 0 & 0 & 0\end{matrix}\right| = 1 \cdot 1 = 1$

最终答案

原行列式的值为:
$\boxed{1}$

因此,正确选项是 $\boxed{C}$。

解析

考查要点:本题主要考查四阶行列式的计算,重点在于识别特殊矩阵的结构特征,如排列矩阵,并利用行列式的性质快速求解。

解题核心思路:

  1. 观察矩阵结构:发现矩阵为排列矩阵(每行每列仅有一个1,其余为0)。
  2. 行列式性质:排列矩阵的行列式值为对应排列的符号(奇排列为-1,偶排列为1)。
  3. 计算排列符号:通过计算排列的逆序数判断奇偶性,最终确定行列式的值。

破题关键点:

  • 识别排列矩阵:快速定位矩阵的特殊结构,避免繁琐的展开计算。
  • 逆序数计算:准确计算排列的逆序数,确定符号。

给定矩阵为排列矩阵,其形式为:
$\begin{pmatrix}0 & 0 & 0 & 1 \\0 & 0 & 1 & 0 \\0 & 1 & 0 & 0 \\1 & 0 & 0 & 0\end{pmatrix}$

步骤1:确定排列顺序
矩阵中1的位置依次为第4列、第3列、第2列、第1列,对应排列为 $\sigma = (4,3,2,1)$。

步骤2:计算逆序数
排列 $(4,3,2,1)$ 的逆序数为:

  • 第1个元素4后有3个较小数,贡献3个逆序;
  • 第2个元素3后有2个较小数,贡献2个逆序;
  • 第3个元素2后有1个较小数,贡献1个逆序;
  • 第4个元素1无逆序。
    总逆序数为 $3+2+1=6$,为偶数。

步骤3:确定行列式符号
偶排列的符号为 $+1$,因此行列式的值为 1。

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