human 一个四阶行列式第一行元素为1abc+d第二行元素为1bca+d第三行元素为1cda+b第四行元素为1dab+c。该行列式的结果为多少以及具体步骤是什么;
机器人:该四阶行列式的结果为2(a+b+c+d)。
具体求解步骤如下:
首先将第一行的元素复制到第五列,第二行的元素复制到第六列,第三行的元素复制到第七列,第四行的元素复制到第八列,得到如下矩阵:
$\begin{vmatrix} 1 & a & b & c+d & 1 & a & b & c+d \ 1 & b & c & a+d & 1 & b & c & a+d \ 1 & c & d & a+b & 1 & c & d & a+b \ 1 & d & a & b+c & 1 & d & a & b+c \ \end{vmatrix}$
对其中的前四列和后四列分别进行展开,得到:
$\begin{vmatrix} b & c & d & a+b \ c & d & a & b+c \ d & a & b & c+d \ a & b & c & a+d \ \end{vmatrix} - \begin{vmatrix} a & b & c & a+d \ b & c & d & a+b \ c & d & a & b+c \ d & a & b & c+d \ \end{vmatrix}$
将第一行加上第二行,第三行加上第四行,得到:
$\begin{vmatrix} b+c & d+a & a+b+c & a+b \ c+d & a+b & b+c+d & b+c \ d+a & b+c & c+d+a & c+d \ a+b & c+d & d+a+b & d+a \ \end{vmatrix} - \begin{vmatrix} a & b & c & a+d \ b & c & d & a+b \ c & d & a & b+c \ d & a & b & c+d \ \end{vmatrix}$
将第一列加上第二列,第三列加上第四列,得到:
$\begin{vmatrix} 2(b+c) & 2(a+d) & 2(a+b+c+d) & a+b \ 2(c+d) & 2(a+b) & 2(b+c+d) & b+c \ 2(d+a) & 2(b+c) & 2(c+d+a) & c+d \ 2(a+b) & 2(c+d) & 2(d+a+b) & d+a \ \end{vmatrix} - \begin{vmatrix} a & b & c & a+d \ b & c & d & a+b \ c & d & a & b+c \ d & a & b & c+d \ \end{vmatrix}$
对第一列展开,得到:
$2(b+c) \begin{vmatrix} 2(a+b) & 2(b+c+d) & b+c \ 2(c+d) & 2(c+d+a) & c+d \ 2(a+b) & 2(d+a+b) & d+a \ \end{vmatrix} - 2(a+d) \begin{vmatrix} 2(c+d) & 2(b+c+d) & b+c \ 2(d+a) & 2(c+d+a) & c+d \ 2(a+b) & 2(d+a+b) & d+a \ \end{vmatrix} + 2(a+b+c+d) \begin{vmatrix} 2(c+d) & 2(a+b) & b+c \ 2(d+a) & 2(b+c) & c+d \ 2(a+b) & 2(c+d) & d+a \ \end{vmatrix} - (a+b) \begin{vmatrix} 2(c+d) & 2(a+b) & 2(b+c+d) \ 2(d+a) & 2(b+c) & 2(c+d+a) \ 2(a+b) & 2(c+d) & 2(d+a+b) \ \end{vmatrix}$
对第一行展开,得到:
$2(b+c) \cdot 2(a+b) \begin{vmatrix} 2(c+d) & c+d \ 2(d+a) & d+a \ \end{vmatrix} - 2(a+d) \cdot 2(c+d) \begin{vmatrix} 2(a+b) & b+c+d \ 2(d+a+b) & c+d+a \ \end{vmatrix} + 2(a+b+c+d) \cdot 2(c+d) \begin{vmatrix} 2(a+b) & b+c \ 2(d+a+b) & d+a \ \end{vmatrix} - (a+b) \cdot 2(c+d) \begin{vmatrix} 2(a+b) & 2(b+c+d) \ 2(d+a) & 2(c+d+a) \ \end{vmatrix}$
计算行列式的值,得到:
$2(b+c) \cdot 2(a+b) \cdot 2(c+d+a+b) - 2(a+d) \cdot 2(c+d) \cdot 2(a+b+c+d) + 2(a+b+c+d) \cdot 2(c+d) \cdot 2(a+b+c+d) - (a+b) \cdot 2(c+d) \cdot 2(a+b+c+d)$
化简后得到:
$8(a+b+c+d)^2 - 4(a+b)(c+d)$
将其带回原式中,得到:
$2(a+b+c+d)(8(a+b+c+d) - 4(c+d)) = 2(a+b+c+d)(4(a+b+c+d) - 2(c+d)) = 2(a+b+c+d)(2(2(a+b+c+d) - (c+d))) = 2(a+b+c+d)(2(2a+2b+2c+2d - (c+d))) = 2(a+b+c+d)(2a+2b+2c+2d) = 2(a+b+c+d) \cdot 8(a+b+c+d) = 16(a+b+c+d)^2$
因此,该四阶行列式的结果为2(a+b+c+d),即16(a+b+c+d)^2
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