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. 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. 余因子行列 行列式 値. 5:No. 2〜No.
$\Box$ 斉藤正彦. 2014. 線形代数学. 東京図書. ↩︎
こんにちは、おぐえもん( @oguemon_com)です。 さて、ある行列の 逆行列を求める公式 が成り立つ理由を説明する際、「余因子」というものを活用します。今回は余因子について解説し、後半では余因子を使った重要な等式である「余因子展開」に触れます。 目次 (クリックで該当箇所へ移動) 余因子について 余因子ってなに? 余因子行列の作り方とその応用方法を具体的に解説！. 簡単に言えば、 ある行列の行と列を1つずつカットして残った一回り小さい行列の 行列式 に、正負の符号を加えたもの です。直感的に表現したのが次の画像です。 正方行列\(A\)の\(i\)行目と\(j\)列目をカットして作る余因子を \((i, j)\)成分の余因子 と呼び、 \(A_{ij}\) と記します。 余因子の作り方 余因子の作り方を分かりやすく学ぶために、実際に一緒に作ってみましょう!例として、次の行列について「2行3列成分」の余因子を求めてみます。 $$ A=\left[ \begin{array}{ccc} 1&2&3 \\ 4&5&6 \\ 7&8&9 \end{array} \right] ステップ1|「2行目」と「3列目」を抜き去る。 ステップ2|小行列の行列式を求める。 ステップ3|行列式に符号をつける。 行番号と列番号の和が偶数ならば「1」を、奇数ならば「-1」を掛け合わせます。 これで、余因子\(A_{23}\)を導出できました。計算こそ面倒ですが、ルール自体は割とシンプルなのがお判りいただけましたか? 余因子の作り方(一般化) 余因子の作り方を一般化して表すと次の通りです。まあ、やってることは方法は上とほぼ同じです(笑) 正方行列\(A\)から\((i, j)\)成分の余因子\(A_{ij}\)を作りたい! 行列\(A\)から \(i\)行 と \(j\)列 を抜き去る。 その行列の 行列式 を計算する。(これを\(D_{ij}\)と書きます) 求めた行列式に対して、行番号と列番号の和が偶数ならば「プラス」を、奇数ならば「マイナス」をつけて完成!$$ A_{ij} = \begin{cases} D_{ij} & (i+j=偶数) \\ -D_{ij} & (i+j=奇数) \end{cases}$$ そもそも、行列式がよく分からない人は次のページを参考にしてください。 【行列式編】行列式って何?
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. 行列式の性質を用いた因数分解. 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. 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.
「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. 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!! 【入門線形代数】行列の小行列式と余因子-行列式- | 大学ますまとめ. 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.
では, まとめに入ります! 「行列の小行列式と余因子」のまとめ 「行列の小行列式と余因子」のまとめ ・行列の小行列式とは, 第i行目と第j行目を取り除いてできる行列の行列式 ・行列の余因子とは (i, j)成分の小行列式に\( (-1)^{i + j} \)をかけたもの 入門線形代数記事一覧は「 入門線形代数 」
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