(1)と(2)の4x4行列式の値を計算し、次の4x4行列式を因数分解します。

代数学行列式行列因数分解計算
2025/6/16

1. 問題の内容

(1)と(2)の4x4行列式の値を計算し、次の4x4行列式を因数分解します。

2. 解き方の手順

(1)
与えられた行列式を計算します。
5346355412152331 \begin{vmatrix} 5 & 3 & 4 & -6 \\ -3 & -5 & -5 & -4 \\ 1 & 2 & 1 & 5 \\ 2 & 3 & 3 & 1 \end{vmatrix}
1行目と3行目を入れ替える:
1215355453462331 -\begin{vmatrix} 1 & 2 & 1 & 5 \\ -3 & -5 & -5 & -4 \\ 5 & 3 & 4 & -6 \\ 2 & 3 & 3 & 1 \end{vmatrix}
2行目に1行目の3倍を加える、3行目に1行目の-5倍を加える、4行目に1行目の-2倍を加える:
121501211071310119 -\begin{vmatrix} 1 & 2 & 1 & 5 \\ 0 & 1 & -2 & 11 \\ 0 & -7 & -1 & -31 \\ 0 & -1 & 1 & -9 \end{vmatrix}
3行目に2行目の7倍を加える、4行目に2行目を加える:
1215012110015460012 -\begin{vmatrix} 1 & 2 & 1 & 5 \\ 0 & 1 & -2 & 11 \\ 0 & 0 & -15 & 46 \\ 0 & 0 & -1 & 2 \end{vmatrix}
3行目と4行目を入れ替える:
1215012110012001546 \begin{vmatrix} 1 & 2 & 1 & 5 \\ 0 & 1 & -2 & 11 \\ 0 & 0 & -1 & 2 \\ 0 & 0 & -15 & 46 \end{vmatrix}
4行目に3行目の-15倍を加える:
121501211001200016 \begin{vmatrix} 1 & 2 & 1 & 5 \\ 0 & 1 & -2 & 11 \\ 0 & 0 & -1 & 2 \\ 0 & 0 & 0 & 16 \end{vmatrix}
行列式は対角成分の積で計算できます。
11(1)16=16 1 \cdot 1 \cdot (-1) \cdot 16 = -16
(2)
与えられた行列式を計算します。
2145361627431814 \begin{vmatrix} 2 & 1 & -4 & -5 \\ 3 & 6 & 1 & -6 \\ -2 & -7 & -4 & 3 \\ 1 & 8 & 1 & -4 \end{vmatrix}
1列目と2列目を入れ替える:
1245631672438114 -\begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 6 & 3 & 1 & -6 \\ -7 & -2 & -4 & 3 \\ 8 & 1 & 1 & -4 \end{vmatrix}
2行目に1行目の-6倍を加える、3行目に1行目の7倍を加える、4行目に1行目の-8倍を加える:
124509252401232320153336 -\begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & -9 & 25 & 24 \\ 0 & 12 & -32 & -32 \\ 0 & -15 & 33 & 36 \end{vmatrix}
2行目を-1/3でくくり出す、3行目を4でくくり出す、4行目を3でくくり出す:
(1/3)4312450325/380388051112 -(-1/3) \cdot 4 \cdot 3 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 3 & -8 & -8 \\ 0 & -5 & 11 & 12 \end{vmatrix}
412450325/380388051112 4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 3 & -8 & -8 \\ 0 & -5 & 11 & 12 \end{vmatrix}
3行目に2行目の-1倍を加える:
412450325/380024/3+25/30051112 4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 0 & -24/3 + 25/3 & 0 \\ 0 & -5 & 11 & 12 \end{vmatrix}
412450325/38001/30051112 4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 0 & 1/3 & 0 \\ 0 & -5 & 11 & 12 \end{vmatrix}
4行目に3行目の33倍を加える:
412450325/38001/30052212 4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 0 & 1/3 & 0 \\ 0 & -5 & 22 & 12 \end{vmatrix}
2行目と3行目を入れ替える:
41245001/300325/38052212 -4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 0 & 1/3 & 0 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & -5 & 22 & 12 \end{vmatrix}
2行目と3行目を入れ替える:
412450325/38001/30052212 4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 0 & 1/3 & 0 \\ 0 & -5 & 22 & 12 \end{vmatrix}
4行目に2行目の5/3倍を加える:
412450325/38001/300041/34/3 4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 0 & 1/3 & 0 \\ 0 & 0 & 41/3 & 4/3 \end{vmatrix}
4行目に3行目の-41倍を加える:
412450325/38001/300004/3 4 \begin{vmatrix} 1 & 2 & -4 & -5 \\ 0 & 3 & -25/3 & -8 \\ 0 & 0 & 1/3 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 4/3 \end{vmatrix}
413(1/3)(4/3)=16/3 4 \cdot 1 \cdot 3 \cdot (1/3) \cdot (4/3) = 16/3
(3)
与えられた行列式を因数分解します。
xyxxxyyyyyyxxxyx \begin{vmatrix} x & y & x & x \\ x & y & y & y \\ y & y & y & x \\ x & x & y & x \end{vmatrix}
1列目に2列目を足すと:
x+yyxxx+yyyy2yyyxx+xxyx \begin{vmatrix} x+y & y & x & x \\ x+y & y & y & y \\ 2y & y & y & x \\ x+x & x & y & x \end{vmatrix}
x+yyxxx+yyyy2yyyx2xxyx \begin{vmatrix} x+y & y & x & x \\ x+y & y & y & y \\ 2y & y & y & x \\ 2x & x & y & x \end{vmatrix}
1行目から2行目を引くと:
00xyxyx+yyyy2yyyx2xxyx \begin{vmatrix} 0 & 0 & x-y & x-y \\ x+y & y & y & y \\ 2y & y & y & x \\ 2x & x & y & x \end{vmatrix}
1行目を (xy)(x-y) でくくり出す:
(xy)0011x+yyyy2yyyx2xxyx(x-y) \begin{vmatrix} 0 & 0 & 1 & 1 \\ x+y & y & y & y \\ 2y & y & y & x \\ 2x & x & y & x \end{vmatrix}
3列目から4列目を引くと:
(xy)0001x+yy0y2yyyxx2xxyxx(x-y) \begin{vmatrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ x+y & y & 0 & y \\ 2y & y & y-x & x \\ 2x & x & y-x & x \end{vmatrix}
3行目から4行目を引くと:
(xy)0001x+yy0y2yy0x2xxyxx(x-y) \begin{vmatrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ x+y & y & 0 & y \\ 2y & y & 0 & x \\ 2x & x & y-x & x \end{vmatrix}
1行目で展開すると
(xy)(1)1+4x+yy02yy02xxyx=(xy)(1)(x+y)y(yx)+(xy)(1)(2y)x(0)=(yx)((x+y)y(yx))(x-y) (-1)^{1+4} \begin{vmatrix} x+y & y & 0 \\ 2y & y & 0 \\ 2x & x & y-x \end{vmatrix} = (x-y) (-1)(x+y)y(y-x) + (x-y)(1)(2y)x(0) = (y-x)(-(x+y)y(y-x))
(xy)(x+y)y(xy)xy=y(x-y)(x+y)y(x-y) - x-y = y

3. 最終的な答え

(1): -16
(2): 16/3
(3): (xy)3(x+y)(x-y)^3(x+y)

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