【大学数学】線形代数入門⑨(行列式:余因子展開)【線形代数】 - YouTube
「行列の小行列式と余因子」では, n次正方行列の行列式を求める方法である行列式の余因子展開 を行う準備として行列の小行列式と余因子を計算できるようにしていきましょう! 「行列の小行列式と余因子」の目標 ・行列の小行列式と余因子を求めることができるようになること 目次 行列の小行列式と余因子 行列の小行列式 例題:行列の小行列式 行列の余因子 例題:行列の余因子 「n次正方行列の行列式(余因子展開)」のまとめ 行列の小行列式と余因子 まずは, 余因子展開をしていく準備として行列の小行列式というものを定義します. 行列の小行列式 行列の小行列式 n次正方行列\( A = (a_{ij}) \)の 第i行目と第j行目を取り除いてできる行列の行列式 を (i, j)成分の小行列式 といい\( D_{ij} \)とかく. 余因子行列 行列式 意味. 行列の小行列式について3次正方行列の適当な成分に関する例題をつけておきますので 例題を通して一度確認することにしましょう!! 例題:行列の小行列式 例題:行列の小行列式 3次正方行列 \( \left(\begin{array}{crl}a_{11} & a_{12} & a_{13} \\a_{21} & a_{22} & a_{23} \\a_{31} & a_{32} & a_{33}\end{array}\right) \)に対して 小行列式\( D_{11}, D_{22}, D_{32} \)を求めよ. 3次正方行列なので9つの成分があり それぞれについて、小行列式が存在しますが今回は適当に(1, 1)(2, 2)(3, 2)成分にしました. では例題の解説に移ります <例題の解説> \(D_{11} = \left| \begin{array}{cc} a_{22} & a_{23} \\ a_{32} & a_{33}\end{array}\right| \) \(D_{22} = \left| \begin{array}{cc} a_{11} & a_{13} \\ a_{31} & a_{33}\end{array}\right| \) \(D_{32} = \left| \begin{array}{cc} a_{11} & a_{13} \\ a_{21} & a_{23}\end{array}\right| \) となります. もちろん2次正方行列の行列式を計算してもいいですが, 今回はこのままにしておきます.
余因子の求め方・意味と使い方(線形代数10) <今回の内容>: 余因子の求め方と使い方 :余因子の意味から何の役に立つのか、詳しい計算方法、さらに余因子展開(これも解説します)を利用した行列式の求め方までイラストを用いて詳しく紹介しています。 <これまでの線形代数学の入門記事>:「 0から学ぶ線形代数の解説記事まとめ 」 2019/03/25更新続編:「 余因子行列の作り方とその応用(逆行列の計算)を具体的に解説! 」完成しました。 余因子とは?
$\Box$ 斉藤正彦. 2014. 線形代数学. 東京図書. ↩︎
アニメーションを用いて余因子展開で行列式を求める方法を例題を解きながら視覚的にわかりやすく解説します。余因子展開は行列式の計算を楽にするための基本テクニックです。 余因子展開とは? 余因子展開とは、 行列式の1つの行(または列)に注目 して、一回り小さな行列式の足し合わせに展開するテクニックである。 (例)第1行に関する余因子展開 ここで、余因子展開の足し合わせの符号は以下の法則によって決められる。 \((i, j)\) 成分に注目しているとき、\((-1)^{i+j}\) が足し合わせの符号になる。 \((1, 1)\) 成分→ \((-1)^{1+1}=(-1)^2=+1\) \((1, 2)\) 成分→ \((-1)^{1+2}=(-1)^3=-1\) \((1, 3)\) 成分→ \((-1)^{1+3}=(-1)^4=+1\) 上の符号法則を表にした「符号表」を書くと分かりやすい。 余因子展開は、別の行(または列)を選んでも同じ答えになる。 (例)第2列に関する余因子展開 余因子展開を使うメリット 余因子展開を使うメリットは、 サラスの方法 と違い、どのような大きさの行列式でも使える 次数の1つ小さな行列式で計算できる 行列の成分に0が多いとき 、計算を楽にできる などが挙げられる。 行列の成分に0が多いときは余因子展開を使おう! 例題 次の行列式を求めよ。 $$\begin{vmatrix} 1 & -1 & 2 & 1\\0 & 0 & 3 & 0 \\-3 & 2 & -2 & 2 \\-1 & 0 & 1 & 0\end{vmatrix}$$ No. 余因子行列 行列 式 3×3. 1:注目する行(列)を1つ選ぶ ここでは、成分に0の多い第2行に注目する。 No. 2:注目している行(列)の成分を1つ選ぶ ここでは \((2, 1)\) 成分を選ぶ。 No. 3:余因子展開の符号を決める ここでは \((2, 1)\) 成分を選んでいることから、\(-1\) を \(2+1=3\) 乗する。 $$(-1)^{2+1}=(-1)^3=-1$$ または、符号表を書いてからマイナスと求めてもよい。 No. 4:成分に対応する行・列を除いて一回り小さな行列式を作る ここでは、 \((2, 1)\) 成分を選んでいることから、第2行と第1列を除いた行列式を作る。 No. 5:No. 2〜No.
行列式のn乗を求めて解答する問題があったが, その際設問の誘導に従って使用した式変形が有用であったのでここにその証明を付しておく. 参考 Proof. If $$ \mathrm{det}A\neq0, then \mathrm{det}(\mathrm{adj}A) = (\mathrm{det}A)^{n-1}. ここで, $\mathrm{det}A$(ディターミナントエー)は$A$の行列式, $\mathrm{adj}A$(アジョイントエー)は$A$の余因子行列を表す. このYouTube動画をそのまま踏襲したのでここに予め記しておきます. まず正則なn次正方行列$A$の余因子行列に対して, A\cdot\mathrm{adj}A=\mathrm{adj}A{\cdot}A=\mathrm{det}A{\cdot}I_n が成り立つ(ここで$I_n$はn次単位行列を表す). これは行列式の行と列に関する余因子展開により速やかに示される主張である. ここで証明を付すことはしないが, 入門程度の教科書にて一度証明を追った後は覚えておくと良い. 余因子行列 行列式. 次に上式の行列式を取ると, \mathrm{det}(A\cdot\mathrm{adj}A)=\mathrm{det}A{\cdot}\mathrm{det}(\mathrm{adj}A)(\because乗法定理^{*1}) =\mathrm{det}(\mathrm{det}A{\cdot}I_n)= \mathrm{det}\left( \begin{array}{cccc} \mathrm{det}A & 0 & \ldots & 0 \cr 0 & \mathrm{det}A & \ldots & 0 \cr \vdots & \vdots & \ddots & \vdots \cr 0 & 0 & \ldots & \mathrm{det}A \end{array} \right)= (\mathrm{det}A)^n $^{*1}$2つのn次正方行列の積の行列式$\mathrm{det}AB$は各行列の行列式の積$\mathrm{det}A\cdot\mathrm{det}B$に等しい(行列式の交代性と多重線形性による帰結 1). となる. 最後に両辺を$\mathrm{det}A(\neq0)$で割って求める式 \mathrm{det}(\mathrm{adj}A) = (\mathrm{det}A)^{n-1} を得る.
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