圖說行列式:幾張圖讓你明白行列式的性質

2021-02-19 哆嗒數學網

作者,【陌生,愛),哆嗒數學網群友,就讀於湖北理工學院。

 

微信、手機QQ搜索關注 哆嗒數學網 每獲得更多數學趣文

新浪微博:http://weibo.com/duodaa

 

 

今天小編想給大家講一下行列式,諸位看到行列式是不是覺得特別親切,大一的時候學習行列式有沒有很痛苦啊?——反正當年小編學習這個是及其痛苦的——也許我比較笨吧,:)。

 

是否還記得《線性代數》或者《高等代數》裡面的行列式定義?一般的教材對行列式的定義大概兩種吧,逆序定義和展開式定義,無論哪種定義方法,都讓我當你感覺莫名其妙,一直要到很後面學習了線性方程組,建立了方程與行列式的聯繫,才知道這些定義的意義。在沒有任何直觀意義的幫助下,學習行列式的各類性質簡直和死記硬背沒有區別。

 

今天小編拋開這些通常線性代數或者高等代數教材上的定義,從幾何上讓讀者們更直觀的理解什麼是行列式,並用幾何方法來介紹行列式的基本性質。

 

那我們現在開始來說說行列式吧!首先來看簡單的二階行列式:


 


如上圖,平行四邊形OACB的面積為:

 

 

毫不意外的(取m = l = 1),我們用這種方式來記憶和角公式:

 

 

因此二階行列式的值,可以表示兩個向量所構成的平行四邊形的面積。那麼三階行列式表示什麼含義呢?n階行列式又代表什麼含義呢?類推一下相信大家就能想出來。沒錯三階行列式的幾何意義為三維歐式空間裡平行六面體的體積。當然n階行列式就由n個n維向量組成,其結果為n維平行多面體的體積。

下面的文字我們將來解釋行列式基本性質的幾何意義了。下面我們一起來看行列式性質的幾何解釋,這裡我們取二階或者三階行列式進行說明。

 

性質1:行列互換行列式不變(轉置)。

 

數學語言表述為:

 

 

幾何解釋:很顯然平行四邊形兩條鄰邊互換,它的面積依然不變。


這說明行列式的行和列等價,也就是說凡是對行成立的性質,對列也成立。

 

 

性質2:以一常數乘行列式的一行就相當於用這個數乘以此行列式。

 

數學表述為:

 



對於二階行列式,我們看上圖就很直觀,我們將其中一個向量變成原來的k倍,面積也跟著變成了原來的k倍。

類似的三階行列式有,平行六面體體積的k倍相當於其中一個向量變成原來的k倍。平行六面體體積的增大可以看成其中某個稜長增大相應的倍數。

 

性質3:如果某一行是兩組數的和,那麼這個行列式就等於兩個行列式的和,而這兩個行列式除這一行以外全與原來的行列式對應的行一樣。

 

數學表述為:

 


如圖所示,圖中的紫色平行六面體的體積可以看成兩個小平行六面體的體積之和,也就是說一個行列式可以通過拆分其中的一個列向量得到兩個行列式的和。

 

 

 

性質4:如果行列式兩行成比例那麼行列式為零。

 

數學表述為:

 


先考了特殊情形,當k取1時,也就是說行列式有兩列或者兩行元素相等時,它所對應的空間平行六面體的兩條鄰邊重合,相應的就是將平行六面體壓成高度為零的二維平行四邊形,其體積為零,即行列式為零。當k不等於1時,相對應這組向量裡面有共線的向量,即由n維降低到n-1維,對應的度量體積為零。

 

 

性質5:把一行的倍數加到另一行,行列式不變。

 

數學表述為:

 


這條性質表述為,以向量a和b為底的平行六面體在向量a方向上做切向變換。我們知道將平行六面體平推它的體積依然不變。故對應行列式的值不變。

 

性質6:對換行列式兩行的位置行列式取反號。數學表述為:

 


因為向量具有方向性,如果我們把符合右手定則的向量積定義為正值的話,則它的反向定義為負值。當det(A)為負值時它就確定了原像的一個反射。

 

 

其實一個行列式的幾何意義是有向線段(一階行列式)或有向面積(二階行列式)或有向體積(高階行列式)。行列式是由各自坐標軸上的有向線段所圍起來的有向體積的和。這就累加要注意方向,同向相加,反向相減。

 

相信讀者應該理解了行列式的幾何意義了吧,是不是對行列式有了更新的認識啊?其實小編一直的覺得很多數學量或者數學概念,都可以找出它所對應的直觀意義,這樣我們的數學學習就不會那麼抽象那麼難理解了,反而會很有意思。

 

最後希望大家能喜歡數學,反正小編就很喜歡數學——數學虐我千百遍,我卻待它如初戀——不管你信不信,反正我自己都不信,啊哈哈哈哈~~~。

 

微信、手機QQ搜索關注 哆嗒數學網 每獲得更多數學趣文

新浪微博:http://weibo.com/duodaa

相關焦點

  • 獨特角度證明行列式的有關性質
    行列式的性質很多,許多同學在記憶行列式性質時是死記硬背,結果事倍功半。同濟教材上對於行列式的諸多性質大多都是一句話略過,即「這個性質可用數學歸納法證明,由於證明的表述較繁瑣,我們略去其證明」。本文將會從獨特的、新穎的角度證明行列式的有關性質。
  • 線性代數中行列式計算總結,學會這些方法,拿下行列式的半壁江山
    上一節中我們學習的是「起手勢」,其主要內容是回顧了行列式(determinant)的發展歷史及學習了行列式計算的定義法、利用行列式性質的方法、升階法、降階法、拉普拉斯(laplace)定理(The big formula)。
  • 從置換群到行列式, Levi-Civita符號運算性質的證明
    行列式的抽象定義在備受批評的同濟版線性代數中行列式是在第一章引入的, 並通過一種讓人覺得很不舒服的所謂「逆序數」進行引入, 而我當時學線性代數的時候用的是清華的小黃書(居餘馬著), 這本書使用的是行列式的歸納定義, 同樣是將行列式放到第一章引入的.
  • 行列式的本質是什麼?
    所以說:行列式的本質就是一句話:行列式就是線性變換的放大率!理解了行列式的物理意義,很多性質你根本就瞬間理解到忘不了!!!比如這個重要的行列式乘法性質:道理很簡單,因為放大率是相乘的啊~!一個矩陣怎麼可能行列式不存在呢?只能是因為 不存在。所以自然不可逆。(如果有幸過1000贊,我就再追加點行列式更亮瞎雙眼的性質。)——————————————————————————————————————————YES!
  • 考研數學138分學姐的複習方法:行列式和矩陣的性質快速分方法
    小行和小矩兩兄弟的故事最近有很多同學反應:老師,我剛開始學線代的時候對於行列式和矩陣的性質傻傻分不清楚,尤其是在學到後面進行大量運算的時候,老是容易出錯,能不能拯救一下我這個新手小白啊o(╥﹏╥)o。我大概能理解這位同學的心情,初學時對行列式和矩陣的性質就模稜兩可,對於行列變換和四則運算也暈暈乎乎,在計算時就會顯得有些底氣不足,所以才頻頻出錯。
  • Lecture 17 | 行列式
    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。
  • 線性代數中的行列式計算大總結,行列式計算原來也不難
    今天我們先來聊聊線性代數中行列式簡史,後面會儘可能總結所有常見的行列式類型的計算方法。②行列式的定義和性質(會簡單帶過)。第二部分 常見行列式計算方法①使用行列式的定義。②使用行列式的性質。>①上/下角行列式②「爪」型行列式(「箭」形行列式)③範德蒙德行列式④三對角行列式⑤循環行列式
  • 帶你算懂行列式(一)
    之前說要先帶大家理解向量空間,再練熟行列式運算,我絕不食言,現在開始學習行列式的計算吧~直接上結論,方便大家直接用。多階行列式行列式就是一組數排在一起。這就是一個n階行列式,即有n行n列。性質1:某行(列)加上另一行(列)的幾倍,行列式不變。我們來看性質1:某行(列)加上另一行(列)的幾倍,行列式不變。
  • 2016考研數學:行列式知識點總結
    行列式涉及的方面很多,例如判斷矩陣可逆與否要計算行列式的值、解線性方程組、特徵值等都與求行列式密不可分,所以各種類型解行列式的方法一定要掌握好,才能為更好的複習2016考研數學線性代數打好基礎,大家切莫忽視。  (一)首先,行列式的性質要熟練掌握  性質1行列互換,行列式的值不變。
  • 線性代數中行列式計算總結,覺得難?清北學霸說塞牙縫都不夠
    從行列式的歷史發展中,我們可以知道的是,行列式是從線性方程組求解中發展出來的。為了照顧沒有看過前文的同學,我們放一個截圖,如下圖。開頭還有一個沒截到的是,1693年,萊布尼茨和日本數學家關孝和。行列式歷史發展這對我們學習和認識行列式,提供了一個學習的方向。這就是為什麼大多課本是從解方程組帶我們進入行列式的學習,這些是上課時老師沒有告訴你的吧。
  • 10分鐘讓你快速了解行列式的幾何意義
    此性質表述了以5歲表弟:表哥,你真厲害,不過這個又要怎麼解釋呢?你這麼愛學習,你爸媽真的知道嗎?其實這個叫做行列式的乘積項,這裡我們就拿二階行列式來說:5歲表弟:表哥,那你趕緊畫圖給我看看呀!(此處並沒有圖)這次好好發揮想像力吧。其實呢,一個行列式的幾何意義是有向線段(一階行列式)或有向面積(二階行列式)或有向體積(三階行列式及以上)。因此,從幾何的角度來看,行列式是由各個坐標軸上的有向線段所圍起來的所有有向面積(或有向體積)的累加和。
  • 數學教育:上三角行列式
    一個n階行列式若能通過變換,化為上三角行列式,則計算該行列式就很容易了。三角形行列式(triangular determinant)是一種特殊的行列式,數域P上形如或的行列式分別稱為上三角形行列式和下三角形行列式,亦稱上三角行列式和下三角行列式,統稱三角形行列式。每個行列式都可以只運用行或者列的性質化為一個與其相等的上(下)三角形行列式。
  • 矩陣的秩與行列式的幾何意義
    如果以X正方向為首,Y正方向為尾,右手定則告訴我們,紙面向外是面積的正方向;如果反過來,那麼紙面向內就是該面積的正方向,與規定的正方向相反,取負號。那麼面積正負號的幾何意義就明顯了。由此,我們不難得到平面內任意兩個矢量所張成的平行四邊形的面積(*):
  • 矩陣的行列式、秩的意義
    如下圖。1.2 行列式的計算性質由此我們很容易能發現,行列式的值與把矢量寫成列向量橫排還是行向量豎排的方式是無關的。這也就是為什麼說,在計算行列式時,行和列的地位是對等的。並且注意到,由上述分析,交換矢量的順序,面積的值取負號,這也就是為什麼行列式中,交換列向量或者行向量一次,就要取一次負號的原因。
  • 2017考研數學:行列式考點解析
    在考試中,這一部分如果單獨出題的話往往以選擇題或填空題的形式出現,且以考查抽象矩陣的行列式為主;更多的時候,行列式是與其他知識點(如線性方程組、特徵值與特徵向量等)結合起來考查的,我們往往把行列式視為解決問題的工具。
  • 必須知道的幾種特殊行列式
    特殊的行列式有很多,本文將對一些常用到的、用於計算行列式值的特殊行列式進行解釋和應用,這些特殊行列式包括三角行列式、範德蒙行列式、奇數階反對稱行列式、形似三角行列式的分塊行列式。本文重點講述前三種行列式。
  • 專題一:行列式的計算方法
    專題一:行列式的計算方法通常,行列式計算問題分為兩大類:具體行列式:行列式的元素已知.這一類行列式計算問題,從行列式的元素角度,可以分為兩類:抽象行列式:行列式的元素未知.這一類行列式計算問題,可能與矩陣,方程組,特徵值等有關.
  • 行列式與矩陣練習題
    行列值的本質是一個算式,要掌握二三階行列式的計算,高階行列式的計算,餘子式,代數餘子式。
  • 線性代數第一章行列式學習指導
    當然如果都這樣學會暈的,同濟通用版線性代數為了讓絕大部分同學不暈,乾脆把最後一章體現線性代數本質的內容打上了星號,別學了,什麼空間什麼變換的,你會計算先列式會用矩陣解線性方程組就行了! 課本的內容主要脈絡主:行列式---矩陣----線性方程組----向量組----二次型 第一章   行列式 先通過解一般係數的二元一次方程組,得到二階行列式,又根據解與行列式的定義得到了解二元線性方程組的行列式解法。 從二階推廣到三階行列式,二三行列式的計算都是對角線法則。
  • 2016考研:線性代數-行列式的計算
    線性代數主要內容就是求解多元線性方程組,其中行列式的計算起重要作用。而學習行列式的過程中,對行列式的計算技巧往往較難掌握。在本文裡,介紹了兩個技巧性較強的方法:化三角形法和逐行(列)相加法。