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行列式

大一 · 線性代數

觀念

xy(3, 1)(1, 2)det [3 1; 1 2] = 3·2 − 1·1 = 5= 兩行向量張出的平行四邊形面積1234123O

行列式 (determinant) 是方陣的一個數,幾何意義是「這個線性變換把面積/體積放大幾倍」(帶正負號表示是否翻轉)。det⁡A=0\det A = 0 等價於 AA 把空間壓扁、不可逆、行向量線性相依。

計算:2×22\times2 是 ad−bcad - bc;3×33\times3 沿一列餘因子展開 (cofactor expansion),符號 +,−,++,-,+ 交替;更大的矩陣用列運算化成上三角,三角矩陣的行列式 = 對角線乘積;但交換兩列要變號、某列乘 kk 要把行列式除回 kk,只有「某列加上另一列的倍數」不改變行列式。

性質:det⁡(AB)=det⁡Adet⁡B\det(AB) = \det A\det B、det⁡AT=det⁡A\det A^T = \det A、det⁡A−1=1/det⁡A\det A^{-1} = 1/\det A、det⁡(kA)=kndet⁡A\det(kA) = k^n\det A(nn 是階數——常錯成 kdet⁡Ak\det A)。

行列式出現在特徵方程 det⁡(A−λI)=0\det(A - \lambda I) = 0、Cramer 法則、多重積分換元的 Jacobian、以及判斷向量組是否獨立。

例題

求 3×33\times 3 行列式 det⁡[1333−3−1−303]\det\begin{bmatrix} 1 & 3 & 3 \\ 3 & -3 & -1 \\ -3 & 0 & 3 \end{bmatrix}。

看解法與答案

沿第一列餘因子展開 (cofactor expansion):det⁡A=a11M11−a12M12+a13M13\det A = a_{11}M_{11} - a_{12}M_{12} + a_{13}M_{13},M1jM_{1j} 是劃掉第 1 列、第 jj 行後的 2×22\times 2 行列式,符號 +,−,++,-,+ 交替。

M11M_{11}(劃掉 11 的列與行):∣−3−103∣=(−3)(3)−(−1)(0)=−9\begin{vmatrix} -3 & -1 \\ 0 & 3 \end{vmatrix} = (-3)(3) - (-1)(0) = -9。

M12M_{12}(劃掉 33 的列與行):∣3−1−33∣=(3)(3)−(−1)(−3)=6\begin{vmatrix} 3 & -1 \\ -3 & 3 \end{vmatrix} = (3)(3) - (-1)(-3) = 6。

M13M_{13}(劃掉 33 的列與行):∣3−3−30∣=(3)(0)−(−3)(−3)=−9\begin{vmatrix} 3 & -3 \\ -3 & 0 \end{vmatrix} = (3)(0) - (-3)(-3) = -9。

合併:(1)(−9)−(3)(6)+(3)(−9)=−9−(18)+(−27)=−54(1)(-9) - (3)(6) + (3)(-9) = -9 - (18) + (-27) = -54。

答案: −54-54

用在哪裡

插畫

行列式:情境插畫行列式:例題插畫

學習路徑

先學會

學完可以接著學

互動練習在本機版

這個網站是觀念與例題的閱讀版。互動練習(每次出不同數字的新題、自動判對錯、錯題本、熟練度與複習排程)在「數學學院」本機版,目前還沒對外開放。