第1题
计算行列式 $$D=\begin{vmatrix}a_1&a_2&a_3&a_4+x\\a_1&a_2&a_3+x&a_4\\a_1&a_2+x&a_3&a_4\\a_1+x&a_2&a_3&a_4\end{vmatrix}.$$
答案
$x^3\left(\displaystyle\sum_{i=1}^4 a_i+x\right)$
行列式计算 行列式的性质

📋 解题步骤

1
观察行列式结构
行列式各行元素之和相同,都是 $a_1+a_2+a_3+a_4+x$ 的形式。 这是典型的“各行(列)元素和相同”行列式,可用**加到第一列**的方法简化。
2
各列加到第一列
将第2、3、4列全部加到第1列,第1列每个元素变为:$$a_1+a_2+a_3+a_4+x=\sum_{i=1}^4 a_i+x$$ 记 $S=\displaystyle\sum_{i=1}^4 a_i+x$,提取第1列公因子 $S$:$$D=S\begin{vmatrix}1&a_2&a_3&a_4+x\\1&a_2&a_3+x&a_4\\1&a_2+x&a_3&a_4\\1&a_2&a_3&a_4\end{vmatrix}$$
3
行变换化为上三角
将第4行的 $(-1)$ 倍分别加到第1、2、3行(即 $R_i-R_4, i=1,2,3$): $R_1-R_4$: $(0,\;0,\;0,\;x)$ $R_2-R_4$: $(0,\;0,\;x,\;0)$ $R_3-R_4$: $(0,\;x,\;0,\;0)$ $R_4$: $(1,\;a_2,\;a_3,\;a_4)$
4
按第一列展开
现在第1列只有第4行为1,其余均为0。按第1列展开: $$D=S\cdot(-1)^{4+1}\begin{vmatrix}0&0&x\\0&x&0\\x&0&0\end{vmatrix}$$ (只留下第4行第1列元素 $1$ 的余子式,代数余子式符号为 $(-1)^{4+1}=-1$)
5
计算3阶行列式
对于3阶行列式,按第1行展开: $$\begin{vmatrix}0&0&x\\0&x&0\\x&0&0\end{vmatrix}=x\cdot(-1)^{1+3}\begin{vmatrix}0&x\\x&0\end{vmatrix}=x\cdot(0-x^2)=-x^3$$ 代回得:$$D=S\cdot(-1)\cdot(-x^3)=Sx^3$$
6
得出结果
将 $S=\displaystyle\sum_{i=1}^4 a_i+x$ 代入,得: $$\boxed{D=x^3\left(\sum_{i=1}^4 a_i+x\right)}$$
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