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Hallar el determinante de una matriz tipo Vandermonde

Reduje cierto determinante a lo siguiente que tiene la forma: \begin{vmatrix} 1&1&\cdots & 1 \\ -a_1&a_2&\cdots &a_n\\ -a_1^{2}&a_2^{2}&\cdots&a_n^{2}\\ \vdots&\vdots&\ddots& \vdots\\ -a_1^{n-1}&a_2^{n-1}&\cdots&a_n^{n-1}\\ \end{vmatrix}

Para aclarar un poco, es exactamente el determinante de Vandermonde excepto que la primera columna es negativa, mientras que la columna $(1,1)$ -la entrada sigue siendo $1$ .

Creo que la clave está en aplicar el determinante de Vandermonde, pero no puedo seguir adelante. Sin embargo, puede que haya una respuesta rápida. ¿Alguna pista?

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Chris Ballance Puntos 17329

Por linealidad en o expansión de Laplace a lo largo de la primera columna, el determinante es igual a $$ \begin{vmatrix} -1&1&\cdots & 1 \\ -a_1&a_2&\cdots &a_n\\ -a_1^{2}&a_2^{2}&\cdots&a_n^{2}\\ \vdots&\vdots&\ddots& \vdots\\ -a_1^{n-1}&a_2^{n-1}&\cdots&a_n^{n-1}\\ \end{vmatrix} + 2\begin{vmatrix} a_2&\cdots &a_n\\ a_2^{2}&\cdots&a_n^{2}\\ \vdots&\ddots& \vdots\\ a_2^{n-1}&\cdots&a_n^{n-1}\\ \end{vmatrix}. $$ Ahora cada uno de los dos sumandos es múltiplo de un determinante de Vandermonde.

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También es posible evaluar un determinante más general, donde la inteligente observación de @user1551 no está disponible. Sea $c_0,\dots, c_1$ sea arbitraria y que $X$ sea una variable polinómica. Entonces evaluaremos $$ \begin{vmatrix} c_0&1&\cdots & 1 \\ c_1 X&a_2&\cdots &a_n\\ c_2 X^2&a_2^{2}&\cdots&a_n^{2}\\ \vdots&\vdots&\ddots& \vdots\\ c_{n-1}X^{n-1}&a_2^{n-1}&\cdots&a_n^{n-1}\\ \end{vmatrix}. $$

Mediante una expansión de Lagrange en la primera columna obtenemos que es $$ \sum_{0}^{n-1} (-1)^{k} c_k X^k V_k \hspace{10em}\text{(*)} $$ donde $V_k$ es el determinante de la correspondiente $(n-1)\times(n-1)$ menor en $$ \begin{vmatrix} 1&\cdots & 1 \\ a_2&\cdots &a_n\\ a_2^{2}&\cdots&a_n^{2}\\ \vdots&\ddots& \vdots\\ a_2^{n-1}&\cdots&a_n^{n-1}\\ \end{vmatrix}. $$ Pero ahora consideremos el caso especial en el que todos $c_k=1$ es el determinante estándar de Vandermonde, por lo que tenemos $$ \sum_{0}^{n-1} (-1)^{k} X^k V_k = \prod_{r=2}^{n} (X-a_r)\prod_{2\leqslant s < t \leqslant n} (a_t - a_s). $$

Escribimos, de la forma habitual, $$ \prod_{r=2}^{n} (X-a_r)=\sum_{k=0}^{n-1}(-1)^{k} \sigma_{n-1-k} X^k; $$ no son más que las funciones simétricas habituales del $a_2,\dots, a_{n}$ tomando su suma, su suma de dos en dos, y así sucesivamente.

Los coeficientes $V_k$ entonces todos tienen un factor común $\prod_{2\leqslant s < t \leqslant n} (a_t - a_s)$ el Vandermonde de $a_2, \dots, a_n$ (que se ocupa de la simetría oblicua en estas variables); el otro factor en cada caso es simplemente la función simétrica $\sigma_{n-k}$ : $$ V_k= \sigma_{n-k}\prod_{2\leqslant s < t \leqslant n} (a_t - a_s).$$

En $c_0=1, c_1=\dots=c_n=1$ y sustituyendo $X=a_1$ en (*) da el valor del determinante de la pregunta original.

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