∣ 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 d a d b d c d 2 − 1 ∣ = ( a 2 − 1 ) ∣ b 2 − 1 b c b d c b c 2 − 1 c d d b d c d 2 − 1 ∣ − a b ∣ b a b c b d c a c 2 − 1 c d d a d c d 2 − 1 ∣ + a c ∣ b a b 2 − 1 b d c a c b c d d a d b d 2 − 1 ∣ − a d ∣ b a b 2 − 1 b c c a c b c 2 − 1 d a d b d c ∣ = \begin{vmatrix}
a²-1 &ab &ac &ad\\
ba &b²-1 &bc &bd\\
ca &cb &c²-1 &cd\\
da &db &dc &d²-1\\
\end{vmatrix}=
(a^2-1)\begin{vmatrix}
b^2-1&bc&bd\\cb&c^2-1&cd\\db&dc&d^2-1
\end{vmatrix}
-ab
\begin{vmatrix}
ba&bc&bd\\ca&c^2-1&cd\\da& dc&d^2-1
\end{vmatrix}+ac \begin{vmatrix}
ba&b^2-1&bd\\ca&cb &cd\\da& db&d^2-1
\end{vmatrix}-ad \begin{vmatrix}
ba&b^2-1&bc\\ca&cb&c^2-1\\da& db&dc
\end{vmatrix}= ∣ ∣ a 2 − 1 ba c a d a 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 ∣ ∣ = ( a 2 − 1 ) ∣ ∣ b 2 − 1 c b d b b c c 2 − 1 d c b d c d d 2 − 1 ∣ ∣ − ab ∣ ∣ ba c a d a b c c 2 − 1 d c b d c d d 2 − 1 ∣ ∣ + a c ∣ ∣ ba c a d a b 2 − 1 c b d b b d c d d 2 − 1 ∣ ∣ − a d ∣ ∣ ba c a d a b 2 − 1 c b d b b c c 2 − 1 d c ∣ ∣ =
= ( a 2 − 1 ) [ ( b 2 − 1 ) ( ( c 2 − 1 ) ( d 2 − 1 ) − c 2 d 2 ) − b c ( c b ( d 2 − 1 ) − c b d 2 ) + b d ( c 2 b d − b d ( c 2 − 1 ) ) ] − a b [ b a ( ( c 2 − 1 ) ( d 2 − 1 ) − c 2 d 2 ) − b c ( c a ( d 2 − 1 ) − a c d 2 ) + b d ( a c 2 d − a d ( c 2 − 1 ) ) ] + a c [ b a ( c b ( d 2 − 1 ) − b c d 2 ) − ( b 2 − 1 ) ( a c ( d 2 − 1 ) − a c d 2 ) + b d ( a b c d − a b c d ) ] − a d [ b a ( b c 2 d − b d ( c 2 − 1 ) ) − a c ( d c ( b 2 − 1 ) − b 2 c d ) + a d ( ( b 2 − 1 ) ( c 2 − 1 ) − b 2 c 2 ) ] = =(a^2-1)\bigg[(b^2-1)\big((c^2-1)(d^2-1)-c^2d^2\big)-bc\big(cb(d^2-1)-cbd^2\big)+bd\big(c^2bd-bd(c^2-1)\big)\bigg]-ab\bigg[ba\big((c^2-1)(d^2-1)-c^2d^2\big)-bc\big(ca(d^2-1)-acd^2\big)+bd\big(ac^2d-ad(c^2-1)\big)\bigg]+ac\bigg[ba\big(cb(d^2-1)-bcd^2\big)-(b^2-1)\big(ac(d^2-1)-acd^2\big)+bd(abcd-abcd)\bigg]-ad\bigg[ba\big(bc^2d-bd(c^2-1)\big)-ac\big(dc(b^2-1)-b^2cd\big)+ad\big((b^2-1)(c^2-1)-b^2c^2\big)\bigg]= = ( a 2 − 1 ) [ ( b 2 − 1 ) ( ( c 2 − 1 ) ( d 2 − 1 ) − c 2 d 2 ) − b c ( c b ( d 2 − 1 ) − c b d 2 ) + b d ( c 2 b d − b d ( c 2 − 1 ) ) ] − ab [ ba ( ( c 2 − 1 ) ( d 2 − 1 ) − c 2 d 2 ) − b c ( c a ( d 2 − 1 ) − a c d 2 ) + b d ( a c 2 d − a d ( c 2 − 1 ) ) ] + a c [ ba ( c b ( d 2 − 1 ) − b c d 2 ) − ( b 2 − 1 ) ( a c ( d 2 − 1 ) − a c d 2 ) + b d ( ab c d − ab c d ) ] − a d [ ba ( b c 2 d − b d ( c 2 − 1 ) ) − a c ( d c ( b 2 − 1 ) − b 2 c d ) + a d ( ( b 2 − 1 ) ( c 2 − 1 ) − b 2 c 2 ) ] =
= ( a 2 − 1 ) [ − 1 + b 2 + c 2 + d 2 ] − a 2 b 2 − a 2 c 2 − a 2 d 2 = =(a^2-1)\bigg[-1+b^2+c^2+d^2\bigg]-a^2b^2-a^2c^2-a^2d^2= = ( a 2 − 1 ) [ − 1 + b 2 + c 2 + d 2 ] − a 2 b 2 − a 2 c 2 − a 2 d 2 =
= 1 − a 2 − b 2 − c 2 − d 2 = 0 =1-a^2-b^2-c^2-d^2=0 = 1 − a 2 − b 2 − c 2 − d 2 = 0
So, a 2 + b 2 + c 2 + d 2 = 1 a^2+b^2+c^2+d^2=1 a 2 + b 2 + c 2 + d 2 = 1 .
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