m1.determinante
DESCRIPTION
determinanteTRANSCRIPT
5. Determinante
Determinanta n – tog reda ( )n∈ je broj kojeg zapisujemo ovako:
11 12 1
21 22 2
1 2
...
....
. . . ....
n
n
n n nn
a a aa a a
a a a
Pri tome su ( ), 1,2,...,ija i j n= zadani realni ili kompleksni brojevi.
Determinanta drugog reda je broj ,a b
ad bcc d
= − pri čemu su , , ,a b c d proizvoljne realne (ili kompleksne)
konstante.
U pravougaonoj šemi a bc d
kažemo da brojevi a i b čine prvu vrstu (redak), a brojevi c i d drugu vrstu (redak)
determinante. Za brojeve a i c kažemo da čine prvu kolonu (stubac), a b i d čine drugu kolonu (stubac) date determinante. Za brojeve a i d kažemo da leže na glavnoj dijagonali, a za b i c da su na sporednoj dijagonali. Otuda možemo reći da je vrijednost determinante drugog reda jednaka razlici proizvoda brojeva na glavnoj i sporednoj dijagonali te determinante.
Pojmovi vrste, kolone, glavne i sporedne dijagonale se analogno koriste i u determinantama višeg reda. Elemente determinanti reda 3 i višeg označavaćemo sa dva indeksa: prvi broj predstavlja redni broj vrste, a drugi je redni broj kolone dotičnog elementa. Determinanta trećeg reda ima tri vrste i tri kolone, ali njeno računanje je dosta komplikovanije od determinante drugog reda. Jedan način računanja ove determinante je tzv Sarusovo* pravilo.
11 12 13 11 12
21 22 23 21 22 11 22 33 12 23 31 13 21 32 31 22 13 32 3 11 33 21 12
31 32 33 31 32
.a a a a a
D a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a aa a a a a
= = + + − − −
* Pierre Frédéric Sarrus (1798. – 1861.) – francuski matematičar.
Ovo pravilo je vrlo jednostavno i praktično za determinantu trećeg reda, ali se ne može koristiti za determinante
višeg reda. Općenito se za računanje determinante n – tog reda ( )3n ≥ koristi tzv. Laplasov* razvoj
determinante.
* Pierre Simon Laplace (1749. – 1827.) – francuski matematičar.
11 11 12 12 13 13D a A a A a A= + + − razvoj determinante D po prvoj vrsti
12 11 22 22 32 32D a A a A a A= + + − razvoj determinante D po drugoj kolini, itd.
Možemo odabrati bilo koju vrstu ili kolonu determinante i vršiti razvoj po toj vrsti ili koloni. Pri tome su
11 12 33, ,...,A A A brojevi koje zovemo kofaktori (algebarski komplementi), koje računamo ovako:
( )
11
1 1 22 2311
32 33
1 ,
M
a aA
a a+= − ( ) ( )
3312
1 2 3 321 23 11 1212 33
31 33 21 22
1 ,..., 1 .
MM
a a a aA A
a a a a+ += − = −
( ), 1,2,3ijM i j = je determinanta koju zovemo subdeterminantom ili minorom determinante D. Dobije se iz D
križanjem i – te vrste i j – te kolone. Da bismo dobili kofaktor ijA iz minora ,ijM minor se treba pomnožiti sa 1 (tj.
ij ijA M= ) ukoliko je zbir indeksa i j+ paran broj, a sa ( )1− (tj. ij ijA M= − ) ukoliko je zbir indeksa i j+
neparan broj. Znači,
22 23 21 23 21 2211 11 12 12 13 13 11 12 13
32 33 31 33 31 32
a a a a a aD a A a A a A a a a
a a a a a a= + + = − + =
( ) ( ) ( )11 22 33 32 23 12 21 33 31 23 13 21 32 31 22 ,a a a a a a a a a a a a a a a= − − − + −
a onda se lako uvjeravamo da je to isti rezultat dobijen Sarusovim pravilom.
Za vježbu razvijte determinantu D po nekoj drugoj vrsti ili koloni i pokažite da se dobije isti rezultat!
Naročito je značajno da se Laplasovim razvojem mogu računati i determinante čiji je red veći od 3. Ako u determinanti uočimo neku vrstu ili kolonu u kojoj ima nula, zgodno je razvijati determinantu upravo po toj vrsti ili koloni, jer se račun značajno ubrzava.
Primjer:
3 2 0 05 0 0 4 0 0
4 5 0 03 7 2 3 2 6 2 3
6 7 2 39 3 7 8 3 7
8 9 3 7
= − = (razvili smo determinantu po prvoj vrsti, jer imamo u njoj
dvije nule; determinante trećeg reda koje smo dobili takođe imaju dvije nule u prvoj vrsti, pa ih razvijamo po toj
vrsti) ( ) ( )3 5 14 9 2 4 14 9 75 40 35.= ⋅ ⋅ − − ⋅ ⋅ − = − =
Da nismo imali ove 4 nule u determinanti, morali bismo računati determinantu preko 4 determinante trećeg reda, a svaku od njih preko tri determinante drugog reda. To znači da bismo ukupno morali izračunati 12 determinanti drugog reda.
Osobine determinanti
1. Ako su svi elementi jedne vrste ili kolone determinante nule, determinanta je jednaka nuli. 2. Ako su elementi u dvije vrste (kolone) determinante međusobno proporcionalni, determinanta je jednaka
nuli. 3. Ako u determinanti zamjenimo mjesta dvjema vrstama (kolonama), ona će promijeniti znak. 4. Determinanta neće promijeniti svoju vrijednost ako se svim elementima neke njene vrste (kolone) dodaju
odgovarajući elementi neke druge vrste (kolone), pomnoženi nekim brojem. 5. Determinanta se množi brojem tako da se svaki element jedne i samo jedne njene vrste (kolone) pomnoži
tim brojem. 6. Ako su u determinanti svi brojevi iznad ili ispod glavne dijagonale nula, takvu determinantu zovemo
trougaonom. Njena vrijednost jednaka je proizvodu brojeva na glavnoj dijagonali. 7. Determinanta neće promijeniti svoju vrijednost ako joj se zamijene vrste i kolone.
Primjeri:
a) ( )2 1 3 2 1 34 3 8 3 2 0 17 10 17 7.1 0 5 1 0 5
v vII I− −
= − ⋅ = − = − − + = −− −
Odlučili smo se na razvijanje determinante po drugoj koloni, ali najprije su u toj koloni obezbjeđene dvije nule. Takođe, bilo bi lako namjestiti dvije nule u trećoj vrsti, jer jednu nulu već imamo u toj vrsti,
( )2 1 3 2 1 74 3 8 5 4 3 28 28 21 7.1 0 5 1 0 0
k kD III I−
= = + ⋅ = = − − = −− −
b)
2 3 3 8 3 3 1 3 3 1 3 33 2 3 8 2 3 8 1 2 3 8 0 1 0 8 1 8.3 3 2 8 3 2 1 3 2 0 0 1
v vk k k
v v
II II II III
III I−
= + + = = ⋅ = = ⋅ − = ⋅ =−
−
c) Izračunati determinantu: 2
2
1 1 2 31 2 2 32 3 1 52 3 1 9
xD
x
−=
−
, a zatim riješi nejednačinu 23( 4).D x< −
( ) ( )2
2 2
2 22
1 1 2 31 2 3 1 2 3
0 1 0 01 2 1 5 1 0 3 1
2 3 1 52 1 9 0 3 3
2 3 1 9
xD x x
x xx
−= = − = − − − =
− − −−
pa ( )2 2 2 23( 4) 3( 4) 1 3( 4)D x x x x< − ⇒ − − < −
( ) ( )2 2 2 23( 4) 1 1 0 3 4 0.x x x x⇒ − − − < ⇒ − − <
Pošto je 23 0x− ≤ za sve x∈ imamo da je ( ) ( )2 24 0 4 2 , 2 2, .x x x x− > ⇒ > ⇒ > ⇒ ∈ −∞ − ∪ +∞
d) Izračunati vrijednost determinante
2 2
2 4
2
11
1 1D
ε εε εε
= ako je 1 .
2iε +
=
Oduzmimo drugu vrstu od treće:
( ) ( )( ) ( )2 2 2 2
22 4 4 2 4 4 4 4
4
1 11 1 1 1 1 1 .
0 1 0 0 1 0D
ε ε ε εε ε ε ε ε ε ε ε
ε= = − = − − − = − −
−
Pošto je
2 cos sin4 4 cos sin ,
4 42
ii
π ππ πε
⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠= = + slijedi:
( )24 cos 4 sin 4 cos sin 1 1 1 4.4 4
i i Dπ πε π π= ⋅ + ⋅ = + = − ⇒ = − + = −
( )( ) ( )( )2 2 2 21 9 3 3 3 4 1 ,x x x x= − − + − = − −
Zadaci za vježbu:
1. Izračunati determinante
a)
3 6 5 6 45 9 7 8 66 12 13 9 74 6 6 5 42 5 4 5 3
, b)
24 11 13 17 1951 13 32 40 46
,61 11 14 50 5662 20 7 13 5280 24 45 57 70
c)
4 3 4 6 24 4 3 2 6
6 2 2 6 1
i i ii i ii i
+ − −− − − −+ − −
2. Dokazati pomoću osobina determinanti da je
a) ( )32 2
2 2 .2 2
a b c a ab b c a b a b cc c c a b
− −− − = + +
− −
b) ( )( )( )( )
00
.0
0
x y zx z y
x y z x y z y z x x z yy z xz y x
= − + + + − + − + −
c)
22 2
2 2
2 2
00 .
0
b c ab ca c bab c a bc c aca bc a b b a
++ =
+
3. Riješiti nejednačinu:
1 1 1 11 2 1 1
0.1 1 4 11 1 1 6
xx
x
−>
−−
4. Izračunati vrijednost determinante 2
2
1 11 1 ,
1D
εε
ε ε= ako je
1 3 .2 2
iε = − +
5. Naći sve kompleksne brojeve z takve da je
1 0 0 02 0 0
1.3 0 04 0 09 0 0 0
zz z
z zz z
z
−−
= −−−
−