こんにちは( @t_kun_kamakiri)(^^)/ 前回では「 3次と4次の正方行列を余因子展開を使って計算する方法 」についての内容をまとめました。 行列式の定義に従って計算するとかなり大変だったと思います。 今回は行列式を計算するうえでとても重要な公式を解説します。 本記事の内容 $n$行$n$列の正方行列$A$に対して $k$行と$l$行が等しいければ行列式$|A|$は0である。 $k$列と$l$列が等しいければ行列式$|A|$は0である。 この内容な何が重要でどういった嬉しさがあるのかは本記事を読んでいただければ理解できるでしょう! これから線形代数を学ぶ学生や社会人のために「役に立つ内容にしたい」という思いで記事を書いていこうと考えています。 こんな人が対象 行列をはじめて習う高校生・大学生 仕事で行列を使うけど忘れてしまった社会人 この記事の内容をマスターして行列計算を楽に計算できるようになりましょう(^^) 行列式の重要な性質 行列式の計算の計算をしやすくするための重要な性質があります。 $n$行$n$列の正方行列$A$に対して $k$行と$l$行が等しいければ行列式$|A|$は0である。 $k$列と$l$列が等しいければ行列式$|A|$は0である。 行方向で言えることは列方向でもいえるということです。 言葉ではわかりにくいので行列式を書いてみました。 $k$行と$l$行が等しいければ行列式$|A|$は0である。 $k$列と$l$列が等しいければ行列式$|A|$は0である。 これは行列式の計算を楽にするためのとても重要な性質なので絶対に覚えておきましょう!
■行列式 → 印刷用PDF版は別頁 【はじめに】 ○ 行列は,その要素の個数だけの独立した要素 から成りたっており,次のように [] や()で囲んで表します. ○ 行列式は1つの数 で,正方行列に対してだけ定義され,正方行列でないときは行列式を考えません. ○ 行列式の値 は,次のように | |や det() で囲んで表します. (英語で行列式を表す用語:determinantの略) ○ 【行列式の求め方 】 ・・・ 余因子展開 による計算 (1) 1次正方行列(1×1行列)の行列式はその数とする. 例 det(3)=3 ※ 1次正方行列については |3| の記号を使うと絶対値記号と区別がつかないので注意 (2) 2次正方行列 の行列式は, ad−bc とする. ※2次の行列式の値は,高校でも習い,覚えておくのが普通です =ad−bc 例 det =2·4−1·3=5 (3) 3次正方行列 の行列式は,次のように2次正方行列の行列式で定義できる. 4行4列の行列式 - 理数アラカルト -. =a −d +g 例 =3(−20+12)−2(−16+6)+(−8+5)=−24+20−3=−7 ※3次正方行列だけに適用できるサリュの方法もあるが,サリュの方法は他の行列には適用できないので,ここではふれない. (4) 以下同様にしてn次正方行列の行列式は(n-1)次正方行列の行列式に展開したものによって帰納的に定義する.・・・(前のものによって次のものを定義する.) ※ 各成分 a ij に対して (−1) i+j a ij ×(その行と列を取り除いた行列の行列式) を 余因子 という. ※ 1つの列または1つの行についてすべての余因子を加えたものを 余因子展開 という. 余因子展開は,計算し易い行または列に関して行えばよく,どの行・どの列について余因子展開しても結果は変わらないということが知られている. たとえば,次の計算は,3次の行列式を第1列に関して余因子展開したものです. 同じ行列式で,第1行に関して余因子展開すると次のようになります. =3(−20+12)−4(−8+2)−(12−5)=−24+24−7=−7 【Excelで行列式を計算する方法】 正方行列の各成分が整数や分数の数値である場合は,Excelの関数MDETERM()を使って,行列式の値を計算することができます. =MDETERM(範囲) 例 例えば,次のように4×4行列の成分がA1:D4の範囲に書きこまれているとき A B C D E 1 1 2 3 -1 2 0 1 -2 5 3 2 3 0 2 4 -2 2 4 1 5 この行列式の値をセルE5に書きこみたければ,E5に =MDETERM(A1:D4) と書き込めばよい.結果は50になります.
今回は2問の練習問題を用意しました。 まず(1)ではこれら3点が通る平面の式を考えてください。高校の知識でもできますが、ぜひ行列式をどう使ったら求められるのか考えてみてください。 そして(2)は、これら3つのベクトルで張られた平行六面体の体積を求めてくださいという問題です。 まとめ はい、今回の内容は以上です。 今回は行列式がどんなことに役立つのかというテーマでお話ししました。 まず、その行列が正則行列、すなわち逆行列が存在する行列かどうかの判定に使うことができます。 行列式が0の時、その行列には逆行列が存在しません。 そしてそこから行列式は幾何の問題に使うことができることもお話ししました。 2つのベクトルで張られた平行四辺形の面積や3つのベクトルで張られた平行六面体の体積は、そのベクトルを並べた行列の行列式の絶対値になります。 それで最後は複数の点が同一直線状、同一平面上であるかどうかを調べるために行列式が使えるという話をしました。 それぞれの点の座標を縦に並べ、一番下の行に\(1\)を並べるということは知っておいてください。 それではどうもありがとうございました!
面積・体積との一致、ヤコビアンへの応用 なぜ行列式を学ぶのか? 固有値・固有ベクトルの求め方:固有多項式の定義 可逆な行列(正則行列)とは?例と同値な条件 ガウスの消去法による逆行列の求め方、原理 対称群の基礎:置換・互換の記法、符号、交代群を解説
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