与えられた4x4行列の行列式を計算し、その結果として適切な数値を選択する問題です。行列は以下の通りです。 $ \begin{pmatrix} 5 & 1 & -1 & -2 \\ 1 & -2 & 3 & 4 \\ 4 & -1 & 2 & 1 \\ -3 & 2 & 1 & 5 \end{pmatrix} $

代数学行列行列式線形代数
2025/6/13

1. 問題の内容

与えられた4x4行列の行列式を計算し、その結果として適切な数値を選択する問題です。行列は以下の通りです。
\begin{pmatrix}
5 & 1 & -1 & -2 \\
1 & -2 & 3 & 4 \\
4 & -1 & 2 & 1 \\
-3 & 2 & 1 & 5
\end{pmatrix}

2. 解き方の手順

行列式を計算するために、サラスの公式や余因子展開を利用することができます。ここでは、より一般的な余因子展開を使用します。
第1行に沿って展開します。
\begin{aligned}
\det(A) &= 5 \cdot \det \begin{pmatrix} -2 & 3 & 4 \\ -1 & 2 & 1 \\ 2 & 1 & 5 \end{pmatrix} - 1 \cdot \det \begin{pmatrix} 1 & 3 & 4 \\ 4 & 2 & 1 \\ -3 & 1 & 5 \end{pmatrix} \\
&\quad + (-1) \cdot \det \begin{pmatrix} 1 & -2 & 4 \\ 4 & -1 & 1 \\ -3 & 2 & 5 \end{pmatrix} - (-2) \cdot \det \begin{pmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 4 & -1 & 2 \\ -3 & 2 & 1 \end{pmatrix}
\end{aligned}
各3x3行列の行列式を計算します。
det(234121215)=2(101)3(52)+4(14)=18+2120=17\det \begin{pmatrix} -2 & 3 & 4 \\ -1 & 2 & 1 \\ 2 & 1 & 5 \end{pmatrix} = -2(10-1) - 3(-5-2) + 4(-1-4) = -18 + 21 - 20 = -17
det(134421315)=1(101)3(20+3)+4(4+6)=969+40=20\det \begin{pmatrix} 1 & 3 & 4 \\ 4 & 2 & 1 \\ -3 & 1 & 5 \end{pmatrix} = 1(10-1) - 3(20+3) + 4(4+6) = 9 - 69 + 40 = -20
det(124411325)=1(52)(2)(20+3)+4(83)=7+46+20=59\det \begin{pmatrix} 1 & -2 & 4 \\ 4 & -1 & 1 \\ -3 & 2 & 5 \end{pmatrix} = 1(-5-2) - (-2)(20+3) + 4(8-3) = -7 + 46 + 20 = 59
det(123412321)=1(14)(2)(4+6)+3(83)=5+20+15=30\det \begin{pmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 4 & -1 & 2 \\ -3 & 2 & 1 \end{pmatrix} = 1(-1-4) - (-2)(4+6) + 3(8-3) = -5 + 20 + 15 = 30
したがって、
\det(A) = 5(-17) - 1(-20) - 1(59) + 2(30) = -85 + 20 - 59 + 60 = -64
行列式の値は-64なので、選択肢の中にないようです。計算ミスの可能性があります。再計算します。
det(234121215)=(2(101))(3(52))+(4(14))=18+2120=17\det \begin{pmatrix} -2 & 3 & 4 \\ -1 & 2 & 1 \\ 2 & 1 & 5 \end{pmatrix} = (-2(10-1)) - (3(-5-2)) + (4(-1-4)) = -18 + 21 - 20 = -17
det(134421315)=(1(101))(3(20+3))+(4(4+6))=969+40=20\det \begin{pmatrix} 1 & 3 & 4 \\ 4 & 2 & 1 \\ -3 & 1 & 5 \end{pmatrix} = (1(10-1)) - (3(20+3)) + (4(4+6)) = 9 - 69 + 40 = -20
det(124411325)=(1(52))(2(20+3))+(4(83))=7+46+20=59\det \begin{pmatrix} 1 & -2 & 4 \\ 4 & -1 & 1 \\ -3 & 2 & 5 \end{pmatrix} = (1(-5-2)) - (-2(20+3)) + (4(8-3)) = -7 + 46 + 20 = 59
det(123412321)=(1(14))(2(4+6))+(3(83))=5+20+15=30\det \begin{pmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 4 & -1 & 2 \\ -3 & 2 & 1 \end{pmatrix} = (1(-1-4)) - (-2(4+6)) + (3(8-3)) = -5 + 20 + 15 = 30
det(A)=5(17)(20)(59)+2(30)=85+2059+60=64\det(A) = 5(-17) - (-20) - (59) + 2(30) = -85 + 20 - 59 + 60 = -64
やはり、-64となりました。
問題文に誤りがあるか、計算ミスが解消できていない可能性があります。念のため別の方法で計算します。

3. 最終的な答え

計算結果は-64となり、選択肢に存在しません。したがって、この問題には適切な選択肢がないか、問題自体に誤りがある可能性があります。最も近い選択肢を選ぶとすれば「0」ですが、これは明らかに誤りです。

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