比如不用計算機,求以下行列式的值:
![\left|\begin{array}{rcl}\sin 20^o+\sin 40^o&\sin 80^o&\sin 80^o\\\sin 20^o&\sin 40^o+\sin 80^o&\sin 20^o\\\sin 40^o&\sin 40^o&\sin 80^o+\sin 20^o\\\end{array}\right| \left|\begin{array}{rcl}\sin 20^o+\sin 40^o&\sin 80^o&\sin 80^o\\\sin 20^o&\sin 40^o+\sin 80^o&\sin 20^o\\\sin 40^o&\sin 40^o&\sin 80^o+\sin 20^o\\\end{array}\right|]()
諸如此類的題已沒有市場價值,無論如何,修 M2 的同學可以試試。
先考慮
![\left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right | \left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right |]()
直接爆開又得,用以下概念爆開亦得:
不難想像把上述行列式爆(拆)開後,得到多項式。(以
為不定元,各項的 degree 不超過 3)
不妨想像它是個 polynomial in
,其他不定元(即
)是常數,即
![f(a)=\left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right | f(a)=\left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right |]()
代入
,得
![f(0)=\left | \begin{matrix} b & c & c\\ 0 & b+c & 0\\ b & b & c \end{matrix} \right | f(0)=\left | \begin{matrix} b & c & c\\ 0 & b+c & 0\\ b & b & c \end{matrix} \right |]()
由於第一和第三行相同,故
。
由因式定理(factor theorem),知
是
的因式。
類似地運用上法,不難知
也是上述行列式的因式。
可見,
![\left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right |=kabc \left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right |=kabc]()
其中
是常數。
隨便代入
,得
![\left | \begin{matrix} 2 & 1 & 1\\ 1 & 2 & 1\\ 1 & 1 & 2 \end{matrix} \right |=k(1)(1)(1) \left | \begin{matrix} 2 & 1 & 1\\ 1 & 2 & 1\\ 1 & 1 & 2 \end{matrix} \right |=k(1)(1)(1)]()
即
,亦即
![\left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right |=4abc \left | \begin{matrix} a+b & c & c\\ a & b+c & a\\ b & b & c+a \end{matrix} \right |=4abc]()
那麼
![\left|\begin{array}{rcl}\sin 20^o+\sin 40^o&\sin 80^o&\sin 80^o\\\sin 20^o&\sin 40^o+\sin 80^o&\sin 20^o\\\sin 40^o&\sin 40^o&\sin 80^o+\sin 20^o\\\end{array}\right| \left|\begin{array}{rcl}\sin 20^o+\sin 40^o&\sin 80^o&\sin 80^o\\\sin 20^o&\sin 40^o+\sin 80^o&\sin 20^o\\\sin 40^o&\sin 40^o&\sin 80^o+\sin 20^o\\\end{array}\right|]()
![=4\sin 20^o\sin 40^o\sin 80^o =4\sin 20^o\sin 40^o\sin 80^o]()
![=2\sin 20^o(\cos 40^o - \cos 120^o) =2\sin 20^o(\cos 40^o - \cos 120^o)]()
![=2\sin 20^o\cos 40^o+\sin 20^o =2\sin 20^o\cos 40^o+\sin 20^o]()
![=(\sin 60^o - \sin 20^o)+\sin 20^o =(\sin 60^o - \sin 20^o)+\sin 20^o]()
![=\frac{\sqrt{3}}{2} =\frac{\sqrt{3}}{2}]()
就這樣。