線形代数3.3.4

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問題3.3.4

$\left|\begin{array}{ll}a & b \\ b & a\end{array}\right|\left|\begin{array}{ll}c & d \\ d & c\end{array}\right|$ を2通り計算することにより、次の等式を示せ。$$\left(a^{2}-b^{2}\right)\left(c^{2}-d^{2}\right)=(a c+b d)^{2}-(a d+b c)^{2}$$

解法の要点

$$\left[\begin{array}{ll}

a & b \\

b & a

\end{array}\right]\left[\begin{array}{ll}

c & d \\

d & c

\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ll}

a c+b d & a d+b c \\

a d+b c & a c+b d

\end{array}\right]$$から示します。

解答例

$$\left[\begin{array}{ll}

a & b \\

b & a

\end{array}\right]\left[\begin{array}{ll}

c & d \\

d & c

\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ll}

a c+b d & a d+b c \\

a d+b c & a c+b d

\end{array}\right]$$より、行列式は$$\left|\begin{array}{ll}

a & b \\

b & a

\end{array}\right|\left|\begin{array}{ll}

c & d \\

d & c

\end{array}\right|=\left|\begin{array}{ll}

a c+b d & a d+b c \\

a d+b c & a c+b d

\end{array}\right|$$となる。ここで$$\left|\begin{array}{ll}

a & b \\

b & a

\end{array}\right|\left|\begin{array}{ll}

c & d \\

d & c

\end{array}\right|=\left(a^{2}-b^{2}\right)\left(c^{2}-d^{2}\right)$$ $$\left|\begin{array}{ll}

a c+b d & a d+b c \\

a d+b c & a c+b d

\end{array}\right|=(a c+b d)^{2}-(a d+b c)^{2}$$となるから、$$\left(a^{2}-b^{2}\right)\left(c^{2}-d^{2}\right)=(a c+b d)^{2}-(a d+b c)^{2}$$が成り立つ。

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