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行列式与置换

1812 年 11 月 30 日,来自瑟堡的年轻工程师在法兰西学会宣读了一篇标题很长的论文:论那些在变量互换时只能取两个大小相等、符号相反的值的函数。标题背后,是第一套一般的行列式理论。 会变号的函数 取三个变量 $a_1, a_2, a_3$,以及它们之差的乘积 $$\Delta = (a_2 - a_1)(a_3 - a_1)(a_3 - a_2).$$如果交换 $a_1$ 和 $a_2$,每个因子要么不变,要么变号,总的结果是 $\Delta$ 变成 $-\Delta$。交换任何两个变量都是如此。变量的置换是一连串交换,它把 $\Delta$ 乘以 $+1$ 或 $-1$:置换分为偶置换和奇置换。 柯西用这个观察整理了莱布尼茨、克拉默、范德蒙德和拉普拉斯在解线性方程组时得到的各种表达式。他把 $n^2$ 个系数排成一个方阵,用两个下标记为 $a_{i,j}$,并把行列式定义为所有这样的乘积之和:每个乘积从每一行、每一列各取一个元素,并带上相应置换的符号: $$\det\begin{pmatrix} a_{1,1} & a_{1,2} \\ a_{2,1} & a_{2,2}\end{pmatrix} = a_{1,1}a_{2,2} - a_{1,2}a_{2,1}.$$“行列式”(déterminant)这个词来自高斯,他曾把它用于二次型;是柯西把它固定为今天的含义。 乘积 这篇论文的主要结果是乘积定理:如果 $C$ 是 $A$ 与 $B$ 按行乘列得到的方阵,那么 $$\det C = \det A \cdot \det B.$$雅克·比内在同一年也提出了这个定理,适用于长方阵列的一般形式今天称为柯西–比内公式。用数字验证一下。设 $$A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 3 \end{pmatrix}, \quad B = \begin{pmatrix} 1 & 4 \\ 2 & 1 \end{pmatrix},$$则 $\det A = 6 - 1 = 5$,$\det B = 1 - 8 = -7$。乘积是