• Przejdź do głównej nawigacji
  • Przejdź do głównej treści
  • Przejdź do stopki
Basic Mathematics
  • ⌕
Wyznacznik macierzy: reguła Sarrusa i rozwinięcie Laplace'a

Wyznacznik macierzy: reguła Sarrusa i rozwinięcie Laplace'a

Autor Jean Carlos Novaes

Wyznacznik przypisuje macierzy kwadratowej jedną liczbę. Określa współczynnik zmiany pola lub objętości przekształcenia i rozstrzyga o istnieniu macierzy odwrotnej. Wartość zero oznacza utratę wymiaru: wiersze lub kolumny są liniowo zależne, a układ nie ma jednego rozwiązania.

A=[abcd]
det(A)=ad−bc

Wzór 2 × 2 jako zorientowane pole

Dla macierzy 2 na 2 pomnóż elementy przekątnej głównej i odejmij iloczyn drugiej przekątnej. Wartość bezwzględna jest współczynnikiem pola, a znak ujemny oznacza zmianę orientacji.

Wykres pokazuje równoległobok rozpięty przez wektory kolumnowe. Zmieniaj cztery elementy i porównuj jego pole z wyznacznikiem. Gdy wektory leżą na jednej prostej, oba wyniki są zerowe.

Zbadaj wyznacznik 2 × 2

Pole równoległoboku jest równe wartości bezwzględnej wyznacznika.

Reguła Sarrusa działa tylko dla 3 × 3

W regule Sarrusa przepisuje się z prawej strony dwie pierwsze kolumny. Sumuje się iloczyny trzech przekątnych opadających i odejmuje iloczyny trzech rosnących. To sposób zapamiętania sześciu składników, nie algorytm dowolnego rzędu.

det[a11a12a13a21a22a23a31a32a33]=a11a22a33+a12a23a31+a13a21a32−a13a22a31−a11a23a32−a12a21a33

Rozszerzenie schematu na macierz 4 na 4 daje błędną odpowiedź. Dla większych rzędów stosuje się operacje wierszowe, rozwinięcie względem kofaktorów lub faktoryzację numeryczną. Nawet dla 3 na 3 warto osobno zapisać składniki dodatnie i ujemne.

Minory i dopełnienia algebraiczne w rozwinięciu Laplace'a

Usunięcie wiersza (i) i kolumny (j) daje minor elementu (a_{ij}). Dopełnienie algebraiczne dodaje naprzemienny znak, rozpoczynający się od plusa w lewym górnym rogu. Elementy wybranego wiersza lub kolumny mnoży się przez ich dopełnienia i sumuje.

det(A)=∑j=1naijCij
Cij=(−1)i+jMij

Każdy wiersz i każda kolumna prowadzą do tej samej wartości. Wybór z wieloma zerami skraca pracę. Metoda jest ogólna, ale dla dużych gęstych macierzy staje się kosztowna.

Pełne obliczenie rzędu trzeciego

Rozważ wiersze (1,2,3), (0,4,5) i (1,0,6). Rozwinięcie względem drugiego wiersza pomija jeden składnik dzięki zeru. Dwa pozostałe dopełnienia dają ten sam wynik co Sarrus.

A=[123045106]
det(A)=24+10+0−12−5−0
det(A)=17

Wyznacznik wynosi 22, więc macierz jest odwracalna. Zamiana dwóch wierszy dałaby −22. Pomnożenie wiersza przez 3 potraja wynik, a dodanie wielokrotności innego wiersza nie zmienia go.

Szybkie kontrole i granice interpretacji

det(AT)=det(A)
det(AB)=det(A)det(B)
det(In)=1

Dla macierzy trójkątnej wystarczy iloczyn przekątnej głównej. Jednakowe lub proporcjonalne wiersze wymuszają zero. Transpozycja zachowuje wyznacznik, a wyznacznik iloczynu jest iloczynem wyznaczników.

Wyznacznik istnieje tylko dla macierzy kwadratowej. Jego wielkość zależy od skali i jednostek, więc mała niezerowa wartość sama nie dowodzi niestabilności numerycznej. Zobacz macierze i macierze odwrotne.

Przy operacjach elementarnych zapisuj wpływ każdego kroku. Zamiana dwóch wierszy zmienia znak, pomnożenie wiersza przez (k) mnoży wyznacznik przez (k), a dodanie wielokrotności jednego wiersza do drugiego nie zmienia wartości. Dzięki temu można sprowadzić macierz do postaci trójkątnej i pomnożyć elementy przekątnej. Na końcu trzeba uwzględnić zgromadzone znaki i czynniki. Bez tej notatki szybka metoda daje zły wynik mimo poprawnej eliminacji. Dodatkową kontrolą jest obliczenie tego samego przykładu rozwinięciem wzdłuż innego wiersza.

Źródła

  • OpenStax. College Algebra 2e: Solving Systems with Cramer's Rule.

Powiązane treści

  • Macierze: definicja, rodzaje, działania i wyznaczniki
  • Macierz odwrotna: wzór, warunki i przykłady
Jean Carlos Novaes

O autorze Jean Carlos Novaes

Absolwent informatyki na Federalnym Uniwersytecie Bahii (2017), autor i założyciel tej strony.

Stopka

Basic Mathematics

Strona z podstawową matematyką i przejrzystymi materiałami dla szkoły podstawowej i średniej. Ucz się łatwo i skutecznie!

O NAS

  • O nas
  • Kontakt
  • Mapa witryny

PRAWNE

  • Jak cytować
  • Polityka plików cookie
  • Polityka prywatności
  • Licencja treści
Polish (Polski)
  • Portuguese (Português)
  • Portuguese (Portugal)
  • English
  • Spanish (Español)
  • German (Deutsch)
  • French (Français)
  • Italian (Italiano)
  • Polish (Polski)
  • Dutch (Nederlands)
  • Swedish (Svenska)
  • Danish (Dansk)
  • Finnish (Suomi)
  • Norwegian (Norsk)

© 2015–2026 · Basic Mathematics · Wszelkie prawa zastrzeżone.