Vander Monde 行列式


1. 定義

范德蒙德行列式定義為:

\[V(x_1, x_2, \cdots, x_n) \equiv \left| \begin{matrix} 1 & 1 & \cdots & 1 \\ x_1 & x_2 & \cdots & x_n \\ x^2_1 & x^2_2 & \cdots & x^2_n \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ x^{n-1}_1 & x^{n-1}_2 & \cdots & x^{n-1}_n \end{matrix} \right| \]

可以證明,范德蒙德行列式等於

\[V(x_1, x_2, \cdots, x_n) = \prod_{i>j} (x_i - x_j). \]

2. 證明

行列式中一行加上另一行的倍數,整個行列式的值不變。這個可以目測得到,這里就不寫證明了。利用這個結論,對 Vander Monde 行列式進行行變換:

\[V(x_1, x_2, \cdots, x_n) = \left| \begin{matrix} 1 & 1 & \cdots & 1 \\ 0 & x_2-x_1 & \cdots & x_n-x_1 \\ 0 & x_2(x_2-x_1) & \cdots & x_n(x_n-x_1) \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ 0 & (x_2 - x_1)x^{n-2}_2 & \cdots & (x_n-x_1)x^{n-2}_n \end{matrix} \right|\\ = (x_2-x_1)(x_3-x_1)\cdots(x_n-x_1) \left| \begin{matrix} 1 & 1 & \cdots & 1 \\ x_2 & x_3 & \cdots & x_n \\ x^2_2 & x^2_3 & \cdots & x^2_n \\ \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \\ x^{n-2}_2 & x^{n-2}_3 & \cdots & x^{n-2}_n \end{matrix} \right|, \]

如此遞推下去,即得

\[V(x_1, x_2, \cdots, x_n) = \prod_{i>j}(x_i - x_j). \]

3. 應用:置換群群元的奇偶性

若有置換群元

\[R = \begin{pmatrix} 1 & 2 & \cdots & n \\ r_1 & r_2 & \cdots & r_n \end{pmatrix}, \]

現在定義,R 作用在 Vande Monde 行列式上,使它變為

\[R V(x_1, x_2, \cdots, x_n) = V(x_{r_1}, x_{r_2}, \cdots, x_{r_n}), \]

上式右邊是一個確定的值,而 \(R\) 若寫成對換的連乘,由於每次對換給 Vander Monde 行列式添加一個負號,所以 \(R\) 的對換連乘形式中,對換個數的奇偶性一定是唯一的,不會因為對換形式(不唯一)的改變而改變。


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