Lecture 17 | 行列式

2021-02-08 精緻的灰

n階方陣A構成的數表用‖框起來表示一個行列式,行列式的值記作det A 或 |A|。

行列式是一個算式,把n^2個元素按照一定的法則進行運算,得到的數值稱這個行列式的值。

本節內容不對行列式公式進行解釋,先理解行列式的性質(行列式算法定義)再進行公式解釋要舒服一點。其中有三個基本性質或者稱之為算法定義。


①單位矩陣的值為1,即det I=1

(同濟教材中用E表示單位矩陣,故也有det E=1)

有了①②兩條性質,我們知道了置換矩陣P的值

det P=±1(交換順序為奇數時值為-1)

注性質③講的不是行列式整體的線性,而是某一行或一列的線性,這個性質對每一行一列都是獨立的,因此det(A+B)≠det A + det B

性質①②③是基礎性質,後面有一些推論


④兩行(列)相等,行列式值為0

這是由性質②推導出的。

行變換和列變換得到D=-D,因此D=0


⑤消元不會改變行列式的值(把某一行(列)的倍數加到另一行(列)上)

這是由性質③推導出的,令乘數為0,0就可以提到行列式外,所致行列式值為0


這是由性質①③推出的

性質①③可以推導得出係數方陣或數量方陣的值

通過性質⑤我們可以知道,U可以進一步消元得到只保留對角線元素的對角矩陣D,而D是一係數矩陣。

推論至上三角、下三角、對角矩陣的值都是對角線元素之積。

性質⑦提示了一種計算普通行列式的方法,進行消元得到上三角。


⑧矩陣A可逆時det A ≠ 0;det A = 0矩陣A不可逆

這是性質③⑥⑦推導出的,如果矩陣A可逆,通過消元必然可以得到對角線元素全不為0的矩陣U,detU≠0.

如果A不可逆(奇異),那麼消元的結果必然是某一行全為0,由性質⑥可知奇異矩陣行列式值為0。


⑨det AB = (det A)·(det B)

儘管det(A+B)≠det A +det B,但是乘法可以直接拆分。

這是由於線性運算對每一行(列)具有獨立性。但每一個矩陣都可以通過消元得到對角矩陣,所以AB=D(A)D(B),而消元不改變行列式值,所以乘法公式滿足。

性質⑨方便我們計算可逆方陣的逆

det (A^-1)=1/det A

由性質③⑨還可以得到

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