線性代數第一講 行列式01


概述

1.行列式+矩陣   基礎篇

2.向量組+方程組  主題篇

3.特征值+二次型  應用篇

                           行列式

                

這個叫2階行列式:2行2列的數字用類似於絕對值的符號括起來【但不是絕對值符號】。行列式一般以2階為起點,一階行列式是這個數字本身。

2階行列式的值具有某種幾何意義。舉例如下,A是一個一般的2階行列式。

 已知:OA的模是a,OB的模是b.

一個有趣的結論:2階行列式的值等於以它的行向量為鄰邊所組成的平行四邊形的面積(柯西)。

證明:

 推廣:3階行列式的值等於以它的3個行向量為鄰邊(棱)所組成的平行六面體的體積。

 

所以,3階行列式不等於0 <=> 以3個行向量為棱組成的平行六面體體積不等於0 <=> 3個行向量線性無關 <=> 它們之間的夾角不等於0.

3階行列式等於0 <=> 以3個行向量為棱組成的平行六面體體積等於0 <=> 3個行向量線性相關  <=> 他們方向相同或者相反<=> 它們之間的夾角等於0. 

2階行列式同樣如此,只不過行向量組成的是一個平行四邊形。

行向量線性無關指的它們不能相互表示。

行向量線性相關指的它們能相互表示。

 行列式算出來是幾不是最重要的,是否等於0才是最重要的事情。

 行列式的性質:

性質1 行列式轉置,其值不變。|A|=|AT|。

所以可以推出,行列式行的性質是什么,列也具有同樣的性質。

  •  性質2 行列式某行(列)元素全為0,則行列式等於0.

在2維平面中:

0行向量代表原點,是一個點,和其它行向量無法組成面積。

0列向量代表原點,是一個點,和其它列向量無法組成面積。

在3維空間中:

0行向量代表原點,是一個點,和其它行向量無法組成體積。

0列向量代表原點,是一個點,和其它列向量無法組成體積。

  • 性質3 行列式中某行(列)元素具有公因子k(k≠0),則它可以提到行列式的外面。

 

證明:相當於一條邊拉長k倍,而高不變,所以面積變為原來的k倍。

  • 性質4 如果行列式某行或者某列是兩個元素之和,則行列式可以拆成兩個行列式之和【這個叫單行(列)可拆性】。

注意:倒過來看,如果兩個行列式可以相加,那么必須是只有某一行或者某一列可以相加。

  • 性質5 行列式中,兩行或者兩列互換,行列式反號。

假設互換了兩行,相當於α>β,所以有:

 

  • 性質6 行列式的兩行或者兩列相等或者對應成比例,行列式為0。

證明:兩行或者兩列為0,在平面中,說明兩個行向量共線,或者說夾角為0,所以平行四邊形面積也為0.

  • 性質7 行列式某行(列)的k倍加到另外一行(列),行列式值不改變。

證明:利用性質4(“可拆性”)和性質6,即可得到結果。

 


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