线性代数 —— 行列式

Mr.Hdd数学线性代数行列式大约 1 分钟...

行列式的定义及性质

第一种定义 (本质定义)

对于一个二阶行列式,如下:

D2=a11a12a21a22=a11a22a12a21 D_2 = \left| \begin{array} {cc} a_{11} & a_{12} \\ a_{21} & a_{22} \\ \end{array} \right| = a_{11}a_{22}-a_{12}a_{21}

分别将第一行的的两个元素 [a11,a12][a_{11} , a_{12}] 看作是一个二维向量 α1\boldsymbol{α_1} ,同样可以将 [a21,a22][a_{21},a_{22}] 看作是一个二维向量 α2\boldsymbol{α_2} .

α1\boldsymbol{α_1} 的长度(模)为 llα2\boldsymbol{α_2} 的长度(模)为 mmα1\boldsymbol{α_1}xx 轴正向的夹角为 ααα2\boldsymbol{α_2}xx 轴正向的夹角为 ββ ,如下图所示:

image-20221229110008723

可见图中由 α1α_1 ,α2α_2 向量组成图形的面积:

SOABC=lmsin(βα)=lm(sinβcosαcosβsinα)=lcosαmsinβlsinαmcosβ=a11a22a12a21, \begin{aligned} S_{\square O A B C} & =l \cdot m \cdot \sin (\beta-\alpha) \\ & =l \cdot m(\sin \beta \cos \alpha-\cos \beta \sin \alpha) \\ & =l \cos \alpha \cdot m \sin \beta-l \sin \alpha \cdot m \cos \beta \\ & =a_{11} a_{22}-a_{12} a_{21}, \end{aligned}

所以有:

D2=a11a12a21a22=a11a22a12a21=SOABC. D_2= \left|\begin{array}{ll} a_{11} & a_{12} \\ a_{21} & a_{22} \end{array}\right|=a_{11} a_{22}-a_{12} a_{21}=S_{\square O A B C} .

继续推广到 33 阶,那么 33 阶行列式的值就等于由三维向量组成的平行六面体的体积

image-20221229173945298

所以对于 nn 阶行列式的定义为:

nn 阶行列式是由 nnnn 维向量 α1=[a11,a12,,a1n],α2=[a21,a22,,a2n],,αn=[an1,an2,,ann]\boldsymbol{\alpha}_{1}=\left[a_{11}, a_{12}, \cdots, a_{1 n}\right], \boldsymbol{\alpha}_{2}=\left[a_{21}, a_{22}, \cdots, a_{2 n}\right], \cdots, \boldsymbol{\alpha}_{n}=\left[a_{n 1}, a_{n 2}, \cdots, a_{nn}\right] 组成的,其 (运算规则的) 结果为以这 nn 个向量为邻边的 nn 维图形的体积。

重要理解

第二种定义 (逆序数法定义)

第三种定义 (展开定理)

行列式的性质

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