∣ ( a 2 − 1 ) a b a c a d b a ( b 2 − 1 ) b c b d c a c b ( c 2 − 1 ) c d a d d b d c ( d 2 − 1 ) ∣ = 0 \begin{vmatrix}
(a^2-1) & ab & ac & ad\\
ba & (b^2-1) & bc & bd\\
ca & cb & (c^2-1) & cd\\
ad & db & dc & (d^2-1)
\end{vmatrix}=0 ∣ ∣ ( a 2 − 1 ) ba c a a d ab ( b 2 − 1 ) c b d b a c b c ( c 2 − 1 ) d c a d b d c d ( d 2 − 1 ) ∣ ∣ = 0 using Laplace method to find the determinant
∣ a 2 − 1 a b b a b 2 − 1 ∣ ∣ c 2 − 1 c d d c d 2 − 1 ∣ − ∣ a 2 − 1 a c b a b c ∣ ∣ c b c d b d d 2 − 1 ∣ + ∣ a 2 − 1 a d b a b d ∣ ∣ c b c 2 − 1 d b d c ∣ + ∣ a b a c b 2 − 1 b c ∣ ∣ c a c d d a d 2 − 1 ∣ − ∣ a b a d b 2 − 1 b d ∣ ∣ c a c 2 − 1 d a d c ∣ + ∣ a c a d b c b d ∣ ∣ c a c b d a d b ∣ = 0 ( 1 − ( a 2 + b 2 ) ) ( 1 − ( c 2 + d 2 ) ) − ( b c ) 2 − ( b d ) 2 − ( a c ) 2 − ( a d ) 2 + 0 = 0 1 − c 2 − d 2 − a 2 − b 2 + ( c b ) 2 + ( a c ) 2 + ( a d ) 2 + ( b d ) 2 − ( b c ) 2 − ( b d ) 2 − ( a c ) 2 − ( a d ) 2 = 0 ∴ 1 = a 2 + b 2 + c 2 + d 2 a 2 + b 2 + c 2 + d 2 = 1 \begin{vmatrix}
a^2-1 & ab \\
ba & b^2-1
\end{vmatrix}\begin{vmatrix}
c^2-1 & cd \\
dc & d^2-1
\end{vmatrix}-\\
\\
\begin{vmatrix}
a^2-1 & ac \\
ba & bc
\end{vmatrix}\begin{vmatrix}
cb & cd \\
bd & d^2-1
\end{vmatrix}+\\
\begin{vmatrix}
a^2-1 & ad \\
ba & bd
\end{vmatrix}\begin{vmatrix}
cb & c^2-1 \\
db & dc
\end{vmatrix}+\\
\begin{vmatrix}
ab & ac \\
b^2-1 & bc
\end{vmatrix}\begin{vmatrix}
ca & cd \\
da & d^2-1
\end{vmatrix}-\\
\begin{vmatrix}
ab & ad \\
b^2-1 & bd
\end{vmatrix}\begin{vmatrix}
ca & c^2-1\\
da & dc
\end{vmatrix}+\\
\begin{vmatrix}
ac & ad \\
bc & bd
\end{vmatrix}\begin{vmatrix}
ca & cb \\
da & db
\end{vmatrix}=0
\\
(1-(a^2+b^2))(1-(c^2+d^2))-(bc)^2-(bd)^2-\\(ac)^2-(ad)^2+0=0\\
1-c^2-d^2-a^2-b^2+(cb)^2+(ac)^2+(ad)^2+\\(bd)^2-(bc)^2-(bd)^2-(ac)^2-(ad)^2=0\\
\therefore\\
1=a^2+b^2+c^2+d^2\\
a^2+b^2+c^2+d^2=1 ∣ ∣ a 2 − 1 ba ab b 2 − 1 ∣ ∣ ∣ ∣ c 2 − 1 d c c d d 2 − 1 ∣ ∣ − ∣ ∣ a 2 − 1 ba a c b c ∣ ∣ ∣ ∣ c b b d c d d 2 − 1 ∣ ∣ + ∣ ∣ a 2 − 1 ba a d b d ∣ ∣ ∣ ∣ c b d b c 2 − 1 d c ∣ ∣ + ∣ ∣ ab b 2 − 1 a c b c ∣ ∣ ∣ ∣ c a d a c d d 2 − 1 ∣ ∣ − ∣ ∣ ab b 2 − 1 a d b d ∣ ∣ ∣ ∣ c a d a c 2 − 1 d c ∣ ∣ + ∣ ∣ a c b c a d b d ∣ ∣ ∣ ∣ c a d a c b d b ∣ ∣ = 0 ( 1 − ( a 2 + b 2 )) ( 1 − ( c 2 + d 2 )) − ( b c ) 2 − ( b d ) 2 − ( a c ) 2 − ( a d ) 2 + 0 = 0 1 − c 2 − d 2 − a 2 − b 2 + ( c b ) 2 + ( a c ) 2 + ( a d ) 2 + ( b d ) 2 − ( b c ) 2 − ( b d ) 2 − ( a c ) 2 − ( a d ) 2 = 0 ∴ 1 = a 2 + b 2 + c 2 + d 2 a 2 + b 2 + c 2 + d 2 = 1
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