59. 行列式为 的阵的性质

本节, 我们讨论行列式为 的阵的几个性质.

定理 59.1. 是一个  级阵. 设 . 则存在不超过 的正整数 , 使(59.1)

证. 因为 , 故有非零的  , 使 (见第一章, 节 23).

考虑不全为 的非负实数 , , , . 则有不超过 的正整数 , 使对任何不超过 的正整数 , 有 , 且 . 则因为 , 故式 (59.1) 是对的.

证毕.

不过, 此事反过来不一定是对的.

例 59.2. 是一个  级阵. 取 , 即有可是, .

定理 59.3. 是一个  级阵 (). 设 . 则存在不超过 , 且不等的正整数 , , 使(59.2)

证. 因为 , 故有非零的  , 使 (见第一章, 节 23).

考虑不全为 的非负实数 , , , . 则有不超过 , 且不等的正整数 , , 使对任何不超过 , 且不等于 的正整数 , 有 , 且 .

注意到, 对任何不超过 的正整数 , 有则 (取 , 并注意到对任何不超过 , 且不等于 的正整数 , 有 ) 且 (取 , 并注意到对任何不超过 的正整数 , 有 ) 因为 , 故

, 则式 (59.2) 当然是对的. 若 , 则对任何不超过 , 且不等于 的正整数 , 有 . 故 . 故 . 则因为 , 故 . 从而 . 则式 (59.2) 的左侧是 .

证毕.

此事反过来也不一定是对的: 考虑上个例的 即可.

我们说, 若存在不超过 , 且不等的正整数 , , 使式 (59.2) 是对的, 则存在不超过 的正整数 , 使式 (59.1) 是对的. 用反证法, 不难看出, 若式 (59.2) 是对的, 则不能全是对的. 故的至少一个是对的. 取 即可.

或许, 您会想:

是一个  级阵 (). 设 . 则存在不超过 , 且互不相同的正整数 , , , 使

不过, 这不是对的.

例 59.4. 是一个  级阵. 不难算出, . 可是 (此处 , , 分别是 , , ) , , 取其他的数时, 也有类似的结果.

最后, 注意到, 一个阵与其转置的行列式相等: 若 , 则 . 应用前二个定理于 , 立得

定理 59.5. 是一个  级阵. 设 . 则存在不超过 的正整数 , 使

定理 59.6. 是一个  级阵 (). 设 . 则存在不超过 , 且不等的正整数 , , 使