(Determinante de Vandermonde)
(Deduzir a expressão geral para o determinante de Vandermonde det(V(alpha1, alpha2, ldots, alphan))).
25.6 Calcular o determinante da matriz A=[i^j]1 <= i <= n, 1 <= j <= n.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício pede para calcular o determinante da matriz onde . Isso está relacionado ao determinante de Vandermonde, que é um tipo especial de determinante usado em matrizes com elementos baseados em potências. Para resolver isso, vamos precisar entender o que é um determinante, como calcular o determinante de uma matriz de Vandermonde e aplicar isso à nossa matriz específica.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o determinante de uma matriz. O determinante é um número que pode ser calculado a partir de uma matriz quadrada e que tem várias propriedades importantes, como indicar se a matriz é invertível (determinante diferente de zero) e escalar o volume no espaço.

Passo 3

Agora, vamos falar sobre a matriz de Vandermonde. Uma matriz de Vandermonde é uma matriz onde cada elemento é uma potência crescente de um conjunto de números V(alpha1, alpha2, ldots, alphan) = 1 & alpha1 & alpha1^2 & cdots & alpha1^n-1 1 & alpha2 & alpha2^2 & cdots & alpha2^n-1 vdots & vdots & vdots & ddots & vdots 1 & alphan & alphan^2 & cdots & alphan^n-1 . A forma geral de uma matriz de Vandermonde é:
det(V) = prod1 <= i < j <= n (alphaj - alphai)
O determinante de uma matriz de Vandermonde é dado por:
Isso significa que o determinante é o produto de todas as diferenças possíveis entre os 's.

Passo 4

Agora, vamos voltar para a nossa matriz . Observe que os elementos de são para . Comparando com a matriz de Vandermonde, vemos que a nossa matriz tem uma estrutura similar, mas com uma diferença na exponente. Na matriz de Vandermonde tradicional, o elemento é , começando com a potência 0. Já na nossa matriz , o elemento é , começando com a potência 1.

Passo 5

Para alinhar nossa matriz A = i^1 & i^2 & cdots & i^n com a forma da matriz de Vandermonde, podemos fazer uma pequena alteração. Vamos considerar que A = i cdot i^0 & i cdot i^1 & cdots & i cdot i^n-1 = Diagonal(1, 2, ldots, n) cdot V(i1, i2, ldots, in) e ajustar os índices para que o expoente comece em 0. Para isso, podemos reescrever a matriz como:
Podemos fatorar um de cada coluna para ajustar os expoentes:
Aqui, é uma matriz diagonal com os números de 1 a na diagonal principal, e é a matriz de Vandermonde padrão.

Passo 6

Sabemos que o determinante de uma matriz diagonal é o produto dos elementos da diagonal principal. Além disso, o determinante de um produto de matrizes é o produto dos determinantes das matrizes individuais. Portanto:
det(A) = det(Diagonal(1, 2, ldots, n)) times det(V)
Onde , já que .

Passo 7

Calculando o determinante da matriz diagonal:
det(Diagonal(1, 2, ldots, n)) = 1 times 2 times cdots times n = n!
E como , podemos simplificar como para .

Passo 8

Portanto, juntando tudo:
det(A) = n! times prod1 <= i < j <= n (j - i)
Essa expressão nos dá o determinante da matriz em termos do fatorial de e o produto das diferenças entre os índices e onde .

Resposta

O determinante da matriz det(A) = n! times prod1 <= i < j <= n (j - i) é dado por:

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