線性代數›Ch2 行列式第 3 題/共 18 題
3. 行列式、Leibniz展開
#LA-02-003中行列式Leibniz展開
- (5 points) If 's denote non-zero numbers, how many non-zero product terms are in the expansion of the determinant
參考答案與解析
行列式展開中「非零項」的個數,等於能讓 六個位置全部是非零元素(即 )的排列 個數,因此只需在此 型態上數完美匹配(perfect matching)的個數。
先列出每一列可用的欄位(標 的欄):第1列 、第2列 、第3列 、第4列 、第5列 、第6列 。
觀察欄1只能配給第1列或第6列(其餘列都沒有欄1),且第1列與第6列的可用欄位完全相同(),故整體結構對「第1列 第6列」對稱。分兩種情況:
情況 A:欄1配給第1列。此時第6列須從剩下的 中選一欄,其餘第2、3、4、5列共用剩下 5 欄 (扣掉欄1)。再細分第2列與第6列(可用欄位皆為 )如何從 中取 2 欄:
- 取 :剩下欄 要分給第3、4、5列,但第3、4、5列都不含欄6(可用集合分別是 、、),故欄6無處可放,此情況貢獻 。
- 取 :剩下欄 分給第3、4、5列。第4列可用集合是 ,不含欄4,故第4列只能取 或 ;用排容法, 分給三列的全排列共 種,扣掉第4列取到欄4的情形(此時剩 分給第3、5列共 種),得 種。第2、6列取 的排法有 種(互換),故此子情況共 。
- 取 :剩下欄 分給第3、4、5列,此時第4列可用集合恰為 ,故無限制,全排列 種皆合法。第2、6列取 的排法有 種,故此子情況共 。
情況 A 總計 。
情況 B:欄1配給第6列,由「第1列 第6列」對稱性,與情況 A 完全對稱,同樣得 。
因此非零項總數為 。
📄 交大114
▤完整推導請見《WH 資工筆記 · 線性代數》Ch2 行列式