与えられた6つの行列式の値を計算する問題です。

代数学行列式線形代数行列の計算
2025/6/25

1. 問題の内容

与えられた6つの行列式の値を計算する問題です。

2. 解き方の手順

(1) 3x3行列の行列式を計算します。
233110757=2105731077+(3)1175=2(70)3(70)3(5(7))=14+213(2)=76=1\begin{vmatrix} 2 & 3 & -3 \\ -1 & -1 & 0 \\ 7 & 5 & 7 \end{vmatrix} = 2 \begin{vmatrix} -1 & 0 \\ 5 & 7 \end{vmatrix} - 3 \begin{vmatrix} -1 & 0 \\ 7 & 7 \end{vmatrix} + (-3) \begin{vmatrix} -1 & -1 \\ 7 & 5 \end{vmatrix} = 2(-7 - 0) - 3(-7 - 0) - 3(-5 - (-7)) = -14 + 21 - 3(2) = 7 - 6 = 1
(2) 3x3行列の行列式を計算します。
152436121=1362154611+24312=1(312)5(4(6))+2(83)=95(2)+2(5)=910+10=9\begin{vmatrix} 1 & 5 & 2 \\ 4 & -3 & 6 \\ -1 & 2 & -1 \end{vmatrix} = 1 \begin{vmatrix} -3 & 6 \\ 2 & -1 \end{vmatrix} - 5 \begin{vmatrix} 4 & 6 \\ -1 & -1 \end{vmatrix} + 2 \begin{vmatrix} 4 & -3 \\ -1 & 2 \end{vmatrix} = 1(3 - 12) - 5(-4 - (-6)) + 2(8 - 3) = -9 - 5(2) + 2(5) = -9 - 10 + 10 = -9
(3) 3x3行列の行列式を計算します。1列目から10倍を2列目から20倍を3列目から30倍を取り出すことができます。
102030457100420053006=10×5×61234/1017/151004/102005/103006/10\begin{vmatrix} 10 & 20 & 30 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix} = 10 \times 5 \times 6 \begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4/10 & 1 & 7/15 \\ 1004/10 & 2005/10 & 3006/10 \end{vmatrix}
しかし、これは計算が大変です。1列目を10で割ると、123457100420053006\begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix}となり、123457100420053006=10123457100420053006\begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix} = 10 \begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix}
第1列から10を、第2列から10を、第3列から10を取り出すと、102030457100420053006=10101=100012340.50.7100.4200.5300.6\begin{vmatrix} 10 & 20 & 30 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix} = 10 \cdot 10 \cdot 1 = 1000 \begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 0.5 & 0.7 \\ 100.4 & 200.5 & 300.6 \end{vmatrix}
第2列は第1列の2倍、第3列は第1列の3倍に近いので、少し操作すると0になりそうです。
C2 -> C2 - 2C1
C3 -> C3 - 3C1
1000435100419032916=10((3)(2916)(5)(1903))=10(87489515)=10(767)=7670\begin{vmatrix} 10 & 0 & 0 \\ 4 & -3 & -5 \\ 1004 & -1903 & -2916 \end{vmatrix} = 10((-3)(-2916) - (-5)(-1903)) = 10(8748 - 9515) = 10(-767) = -7670
正しくは、
102030457100420053006=10123457100420053006\begin{vmatrix} 10 & 20 & 30 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix} = 10 \begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix}
= 10 * (1(5*3006 - 7*2005) - 2(4*3006 - 7*1004) + 3(4*2005 - 5*1004))
= 10 * (1(15030 - 14035) - 2(12024 - 7028) + 3(8020 - 5020))
= 10 * (1(995) - 2(4996) + 3(3000))
= 10 * (995 - 9992 + 9000) = 10 * (-9992 + 9995) = 10 * 3 = 30
1列目から10をくくりだし、123457100420053006=0\begin{vmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 7 \\ 1004 & 2005 & 3006 \end{vmatrix}= 0なので、答えは0
(4) 4x4行列の行列式を計算します。1列目を基準に展開します。
1200212002120021=11202120212220012021=1(1(14)2(20)+0)2(2(14)2(00)+0)=1(34)2(2(3))=72(6)=7+12=5\begin{vmatrix} 1 & 2 & 0 & 0 \\ 2 & 1 & 2 & 0 \\ 0 & 2 & 1 & 2 \\ 0 & 0 & 2 & 1 \end{vmatrix} = 1 \begin{vmatrix} 1 & 2 & 0 \\ 2 & 1 & 2 \\ 0 & 2 & 1 \end{vmatrix} - 2 \begin{vmatrix} 2 & 2 & 0 \\ 0 & 1 & 2 \\ 0 & 2 & 1 \end{vmatrix} = 1(1(1-4) - 2(2-0) + 0) - 2(2(1-4) - 2(0-0) + 0) = 1(-3-4) - 2(2(-3)) = -7 - 2(-6) = -7 + 12 = 5
(5) 4x4行列の行列式を計算します。3行目を基準に展開します。
2303006111007547=(1)303061547+(1)203061747=303061547203061747=(3(424)0+(3)(030))(2(424)0+(3)(042))=3(38)+90(2(38)+126)=114+9076126=204202=2\begin{vmatrix} 2 & 3 & 0 & -3 \\ 0 & 0 & 6 & 1 \\ -1 & -1 & 0 & 0 \\ 7 & 5 & 4 & 7 \end{vmatrix} = -(-1)\begin{vmatrix} 3 & 0 & -3 \\ 0 & 6 & 1 \\ 5 & 4 & 7 \end{vmatrix} + (-1) \begin{vmatrix} 2 & 0 & -3 \\ 0 & 6 & 1 \\ 7 & 4 & 7 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} 3 & 0 & -3 \\ 0 & 6 & 1 \\ 5 & 4 & 7 \end{vmatrix} - \begin{vmatrix} 2 & 0 & -3 \\ 0 & 6 & 1 \\ 7 & 4 & 7 \end{vmatrix} = (3(42-4) - 0 + (-3)(0-30)) - (2(42-4) - 0 + (-3)(0-42)) = 3(38) + 90 - (2(38) + 126) = 114 + 90 - 76 - 126 = 204 - 202 = 2
(6) 5x5行列の行列式を計算します。5行目に0が4つあるので、5行目を基準に展開します。
3512126091007120032500006=63512260900710032=63512260900710032=6(36090710325209071032+12690010022260007003)\begin{vmatrix} 3 & 5 & 1 & 2 & -1 \\ 2 & 6 & 0 & 9 & 1 \\ 0 & 0 & 7 & 1 & 2 \\ 0 & 0 & 3 & 2 & 5 \\ 0 & 0 & 0 & 0 & -6 \end{vmatrix} = -6 \begin{vmatrix} 3 & 5 & 1 & 2 \\ 2 & 6 & 0 & 9 \\ 0 & 0 & 7 & 1 \\ 0 & 0 & 3 & 2 \end{vmatrix} = -6 \begin{vmatrix} 3 & 5 & 1 & 2 \\ 2 & 6 & 0 & 9 \\ 0 & 0 & 7 & 1 \\ 0 & 0 & 3 & 2 \end{vmatrix} = -6 \left( 3 \begin{vmatrix} 6 & 0 & 9 \\ 0 & 7 & 1 \\ 0 & 3 & 2 \end{vmatrix} - 5 \begin{vmatrix} 2 & 0 & 9 \\ 0 & 7 & 1 \\ 0 & 3 & 2 \end{vmatrix} + 1 \begin{vmatrix} 2 & 6 & 9 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 0 & 2 \end{vmatrix} - 2 \begin{vmatrix} 2 & 6 & 0 \\ 0 & 0 & 7 \\ 0 & 0 & 3 \end{vmatrix} \right)
=6(3(6(143))5(2(143))+1(0)2(0))=6(3(6(11))5(2(11)))=6(3(66)5(22))=6(198110)=6(88)=528= -6(3(6(14-3)) - 5(2(14-3)) + 1(0) - 2(0)) = -6(3(6(11)) - 5(2(11))) = -6(3(66) - 5(22)) = -6(198 - 110) = -6(88) = -528

3. 最終的な答え

(1) 1\underline{1}
(2) 9\underline{-9}
(3) 0\underline{0}
(4) 5\underline{5}
(5) 2\underline{2}
(6) 528\underline{-528}