數學 線性代數中行列式的意義

2022-03-04 20:32:40 字數 1193 閱讀 1193

我們可以從乙個角度去理解線性代數中行列式的意義,即是變換前後尺度的變換的比例,這個尺度在一維情況可以理解為是長度,在二維情況可以理解為是面積,在三維情況可以理解為是體積...

具體而言

1.一維的行列式,那自然就是乙個數,這個好理解,如果乙個變換的行列式是 5, 那麼這個變換本身也就是5,施加5給乙個什麼東西,其實就是乘以5,那麼最後尺度的變換自然也就是5倍比例。

2.二維行列式,那就是乙個可以想象成乙個2x2的形式,可以想象成是二維空間裡乙個線性變換前後的面積比。

3.三維行列式,就是體積比。

所以,如果乙個行列式的值為0,代表這個行列式無論施加給誰,變換後的面積/體積都是0。因此這樣的變換肯定是把原來東西往乙個更低維度的東西去變換,也叫做退化變換,我們就稱這個變換是退化的。具體體現就是,把乙個三維的東西變成了一維或者二維。

因此,行列式值為0,也代表這個變換是不可逆的,因為如果三維變成了二維,那麼可以視為有乙個維度被壓縮了,並且是壓縮成0了。所以經過了這個變換以後,再也找不到這個維度原來的資訊,無法實施逆變換。更好理解的方式是在一維裡去思考,也就是如果5施加5的變換,那麼得到25,25施加5的逆變換也就是乘以1/5得到5,但是如果5施加0的變換,得到0,0再也無法通過變換得到5.

ok小結一下,行列式的乙個意義是一種變換前後尺度的變換大小,如果乙個變換是退化的,代表變換後維數下降了。變換可以將乙個維數壓縮成0,但卻不能講0恢復成乙個新的維度,因此有可逆變換和不可逆變換之分,相對應的就是可逆矩陣和不可逆矩陣。

從這一點出發,可以幫助我們理解一些矩陣的運算法則,例如如下圖所示的關於方陣的運算性質,首先為什麼限定是方陣,這是因為如果不是方陣,那麼這個矩陣一定是奇異的,即從行或列的角度來看,壓縮了某乙個維度,使得變換前後的面積(或體積等其他尺度,下同)比為0。

其次,對於矩陣a和他的轉置,他們本質上是座標的順序更換了一下,而我們可以理解成改變座標的名稱不影響實際的面積變換。

第三兩個變換的乘積的行列式等於他們的行列式的乘積,這點也好理解,因為兩個變換連續實施,對於面積來說就是兩次尺度的變換,這兩次尺度的變換的總效果就是兩次獨立的變換尺度的乘積。

第四,變換乘以常數倍,其行列式是常數倍的n次冪乘以變換,這也好理解,因為面積的計算是2次的,體積的計算就是3次了啊,也就是說,長寬增長兩倍,面積就會增長四倍,而長寬高都增長兩倍,那麼體積就會增長8倍!

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