《新理解矩陣5》 體積 行列式

2021-06-20 06:54:56 字數 2264 閱讀 9767

乙個

n 階矩陣

a 可以看成是

n 個

n 維列向量x1

,x2,

...,

xn的集合 a

=(x1

,x2,

…,xn

) 從代數的角度來看,這構成了乙個矩陣;從幾何的角度來看,這

n 個向量可以建立乙個平行

n 維體。比如:平行四邊形就是「平行二維體」,平行六面體就是「平行三維體」,高階的只需要相應模擬,不需要真正想象出高維空間的立體是什麼樣。

讓我們考慮矩陣

a 的行列式

deta

,我們知道

deta

有如下性質:

行列式性質

1、行列式是x1

,x2,

…,xn

的乙個函式,即

deta=f

(x1,

x2,…

,xn)

;2、(線性1)行列式的某一列乘上常數

α ,則行列式的值也乘上

α ,即f(

x1,…

,αxi

,…,x

n)=α

f(x1

,…,x

i,…,

xn) ;

3、(線性2)將行列式的某一列寫成兩列之和,那麼行列式也相應地成為兩個行列式之和,即f(

x1,…

,αxi

,…,x

n)=f

(x1,

…,yi

,…,x

n)+f

(x1,

…,zi

,…,x

n),其中xi

=yi+

zi,性質二和三表明

f 是關於每個向量的線性函式;

4、(反對稱)只要有兩列相同,那麼行列式值為0,即f(

…,x,

…,x,

…)=0

;5、(歸一)單位矩陣的行列式為1,即f(

i)=1

乙個驚人的事實是,行列式可以由上面五條性質唯一確定!即由上面五條性質就可以唯一確定乙個函式f

,這個函式就是矩陣的行列式。

從幾何的角度來看,用這

n 個向量,可以生成

n 維空間的乙個平行

n 維體。讓我們來考慮這個平行

n 維體的體積

v 。只在第一卦限討論,那麼體積具有下面的性質(只在第一卦限討論,限保證了所有的向量和因子都是正數。)

體積性質

1、體積是這

n 個向量的乙個函式v(

x1,x

2,…,

xn) ;

2、將某個向量乘以

α ,也就是把它的長度變為來說的

α 倍,那麼體積也增大

α 倍,即v(

x1,…

,αxi

,…,x

n)=α

v(x1

,…,x

i,…,

xn) ;

3、體積是可加的,即v(

x1,…

,αxi

,…,x

n)=v

(x1,

…,yi

,…,x

n)+v

(x1,

…,zi

,…,x

n),其中xi

=yi+

zi;這點需要稍加驗證,但它的確是正確的。

4、只要有兩個向量重合,那麼體積自然為0,即v(

…,x,

…,x,

…)=0

;比如在三維空間中的乙個立體,有兩條邊重合,那麼說明這個立體已經壓縮為乙個面了,面的體積自然為0。

5、由單位矩陣

i 構成的平行

n 維體是乙個

n 維的單位立方體,它的體積自然是1,即v(

i)=1

比較行列式和體積的性質,可以發現它們是完全相同的,所以在第一卦限中的平行

n 維體的體積就是對應矩陣的行列式!如果將其放到所有卦限中,那只不過是體積概念的推廣(允許為負數)。因此,我們不妨這樣定義:體積就是行列式

事實上,負體積的引入具有重要意義,它是現在的「外微分」的基礎之一。外微分乙個典型的用處是它可以把高斯積分公式、斯托克斯積分公式等統一起來。它使微分的理論和形式更完整統一。

矩陣行列式

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行列式與矩陣

說明 本公式只針對在二維或三通道的計算機視覺中所遇到的問題,不代表傳統意義上數學知識點範圍。矩陣的行列式,稱之為det,是基於矩陣所包含的行列資料計算得到的標量。本質上是乙個數。高階行列式計算比較複雜。對於三通道未進行壓縮的影象而言,描述該影象的矩陣所計算的det甚至手動計算是幾乎不可能的,故在這裡...

矩陣與行列式

矩陣是用於記錄某一資訊的一組數,比如記錄圖中的各個點之間是否相通,參見線性代數書本。行列式的本質是乙個數,只不過我們通過行列式,能夠很清楚的知道係數,因為行列式一般用於表示線性方程的求解。並且只存在方陣行列式,不是方陣的行列式在數學中沒有定義。矩陣用括號來表示 行比較少時是小括號,行多時看著是中括號...