Question:4
Using the properties of determinants in evaluation:
$\left|\begin{array}{ccc} 3 x & -x+y & -x+z \\ x-y & 3 y & z-y \\ x-z & y-z & 3 z \end{array}\right|$
Answer:
$Let \: \: A=\left|\begin{array}{ccc} 3 x & -x+y & -x+z \\ x-y & 3 y & z-y \\ x-z & y-z & 3 z \end{array}\right|$
Apply - $C_1 \rightarrow C_1+C_2+C_3$
$\\\begin{aligned} &=\left|\begin{array}{ccc} 3 x-x+y-x+z & -x+y & -x+z \\ x-y+3 y+z-y & 3 y & z-y \\ x-z+y-z+3 z & y-z & 3 z \end{array}\right|\\ &=\left|\begin{array}{ccc} x+y+z & -x+y & -x+z \\ x+y+z & 3 y & z-y \\ x+y+z & y-z & 3 z \end{array}\right|\\ &\text { Take }(x+y+z) \text { common from } C_{1}\\ &=(x+y+z)\left|\begin{array}{ccc} 1 & -x+y & -x+z \\ 1 & 3 y & z-y \\ 1 & y-z & 3 z \end{array}\right| \end{aligned}$
$\\\begin{aligned} &\text { Apply } \mathrm{R}_{2} \rightarrow \mathrm{R}_{2}-\mathrm{R}_{1,} \text { you will get }\\ &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 1-1 & 3 \mathrm{y}-(-\mathrm{x}+\mathrm{y}) & \mathrm{z}-\mathrm{y}-(-\mathrm{x}+\mathrm{z}) \\ 1 & \mathrm{y}-\mathrm{z} & 3 \mathrm{z} \end{array}\right|\\\end{aligned}$
$\\\begin{aligned} &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & 3 \mathrm{y}+\mathrm{x}-\mathrm{y} & \mathrm{z}-\mathrm{y}+\mathrm{x}-\mathrm{z} \\ 1 & \mathrm{y}-\mathrm{z} & 3 \mathrm{z} \end{array}\right|\\ &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & \mathrm{x}+2 \mathrm{y} & \mathrm{x}-\mathrm{y} \\ 1 & \mathrm{y}-\mathrm{z} & 3 \mathrm{z} \end{array}\right|\\ &\text { Now apply, } \mathrm{R}_{3} \rightarrow \mathrm{R}_{3}-\mathrm{R}_{1}\\ &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & \mathrm{x}+2 \mathrm{y} & \mathrm{x}-\mathrm{y} \\ 1-1 & \mathrm{y}-\mathrm{z}-(-\mathrm{x}+\mathrm{y}) & 3 \mathrm{z}-(-\mathrm{x}+\mathrm{z}) \end{array}\right| \end{aligned}$
$\\\begin{aligned} &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & \mathrm{x}+2 \mathrm{y} & \mathrm{x}-\mathrm{y} \\ 0 & \mathrm{y}-\mathrm{z}+\mathrm{x}-\mathrm{y} & 3 \mathrm{z}+\mathrm{x}-\mathrm{z} \end{array}\right|\\ &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & \mathrm{x}+2 \mathrm{y} & \mathrm{x}-\mathrm{y} \\ 0 & \mathrm{x}-\mathrm{z} & 2 \mathrm{z}+\mathrm{x} \end{array}\right|\\ &\text { Apply, } \mathrm{C}_{2} \rightarrow \mathrm{C}_{2}-\mathrm{C}_{3},\\ &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y}-(-\mathrm{x}+\mathrm{z}) & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & \mathrm{x}+2 \mathrm{y}-(\mathrm{x}-\mathrm{y}) & \mathrm{x}-\mathrm{y} \\ 0 & \mathrm{x}-\mathrm{z}-(2 \mathrm{z}+\mathrm{x}) & 2 \mathrm{z}+\mathrm{x} \end{array}\right|\\\end{aligned}$
$\\\\\begin{aligned} &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & -\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{x}-\mathrm{z} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & \mathrm{x}+2 \mathrm{y}-\mathrm{x}+\mathrm{y} & \mathrm{x}-\mathrm{y} \\ 0 & \mathrm{x}-\mathrm{z}-2 \mathrm{z}-\mathrm{x} & 2 \mathrm{z}+\mathrm{x} \end{array}\right|\\ &=(\mathrm{x}+\mathrm{y}+\mathrm{z})\left|\begin{array}{ccc} 1 & \mathrm{y}-\mathrm{z} & -\mathrm{x}+\mathrm{z} \\ 0 & 3 \mathrm{y} & \mathrm{x}-\mathrm{y} \\ 0 & -3 \mathrm{z} & 2 \mathrm{z}+\mathrm{x} \end{array}\right| \end{aligned}$
Now, expand the determinant along Column 1
$\begin{aligned} & =(x+y+z)[1 \times\{(3 y)(2 z+x)-(-3 z)(x-y)\}] \\ & =(x+y+z)[6 y z+3 y x+(3 z)(x-y)] \\ & =(x+y+z)[6 y z+3 y x+3 z x-3 z y] \\ & =(x+y+z)[3 y z+3 z x+3 y x] \\ & =3(x+y+z)(y z+z x+y x)\end{aligned}$