与えられた4x4行列Aの行列式(det A)を計算し、その結果が-9の何倍になるかを求める問題です。行列Aは以下の通りです。 $A = \begin{pmatrix} 0 & 1 & -1 & -2 \\ 3 & -3 & -2 & 0 \\ 1 & -1 & 0 & -3 \\ 3 & -3 & -3 & -2 \end{pmatrix}$

代数学行列式線形代数余因子展開
2025/6/20

1. 問題の内容

与えられた4x4行列Aの行列式(det A)を計算し、その結果が-9の何倍になるかを求める問題です。行列Aは以下の通りです。
A=(0112332011033332)A = \begin{pmatrix} 0 & 1 & -1 & -2 \\ 3 & -3 & -2 & 0 \\ 1 & -1 & 0 & -3 \\ 3 & -3 & -3 & -2 \end{pmatrix}

2. 解き方の手順

行列式を計算するために、余因子展開を利用します。ここでは、1行目を利用して余因子展開を行います。
det(A)=0C11+1C12+(1)C13+(2)C14det(A) = 0 \cdot C_{11} + 1 \cdot C_{12} + (-1) \cdot C_{13} + (-2) \cdot C_{14}
ここで、CijC_{ij}は(i,j)成分の余因子です。
C12=(1)1+2320103332=[3(09)(2)(2+9)+0]=[27+14]=[13]=13C_{12} = (-1)^{1+2} \begin{vmatrix} 3 & -2 & 0 \\ 1 & 0 & -3 \\ 3 & -3 & -2 \end{vmatrix} = - [3(0-9) - (-2)(-2+9) + 0] = -[-27+14] = -[-13] = 13
C13=(1)1+3330113332=3(29)(3)(2+9)+0=3(7)+3(7)=21+21=0C_{13} = (-1)^{1+3} \begin{vmatrix} 3 & -3 & 0 \\ 1 & -1 & -3 \\ 3 & -3 & -2 \end{vmatrix} = 3(2-9) - (-3)(-2+9) + 0 = 3(-7) + 3(7) = -21+21 = 0
C14=(1)1+4332110333=[3(30)(3)(30)+(2)(3+3)]=[99+0]=0C_{14} = (-1)^{1+4} \begin{vmatrix} 3 & -3 & -2 \\ 1 & -1 & 0 \\ 3 & -3 & -3 \end{vmatrix} = - [3(3-0) - (-3)(-3-0) + (-2)(-3+3)] = -[9-9+0] = 0
したがって、
det(A)=0+1(13)+(1)(0)+(2)(0)=13det(A) = 0 + 1(13) + (-1)(0) + (-2)(0) = 13
問題文では、det A = -9 * x という形式で表現されています。
13=9x13 = -9x
x=139x = -\frac{13}{9}

3. 最終的な答え

問題文は「det A = -9 * x である」という形式です。つまり-9かけるいくつになるかを聞いています。
det(A) = 13 なので、
13=9x13 = -9x
x=139x = -\frac{13}{9}
したがって、det A の値は 9×(139)-9 \times (-\frac{13}{9}) となります。
答えるべきは 139-\frac{13}{9} です。

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