# 1. 行列式与克拉默法则

# 前言

  • 定义行列式的目的是什么?
  • 定义行列式的思路是什么?
  • 行列式的具体定义是什么?

历史上,定义行列式的目的就是为了 解线性方程组

定义行列式的思路:想解方程组 => 构造行列式 => 证明行列式可解方程组 => 构造成功

# 1.1. 全排列

把n个不同的元素排成一列,叫做这n个元素的全排列(简称排列)。

比如1,2,3=>(1,2,3),(1,3,2),(2,1,3,),(2,3,1),(3,1,2),(3,2,1)

# 1.2. 逆序数

在一个排列中,如果一对数的前后位置与大小顺序相反,即前面的数大于后面的数,那么它们就称为一个逆序。一个排列中逆序的总数就称为这个排列的逆序数。

比如3,1,4,5,2的你逆序数为0+1+0+0+3=4

# 1.3. 奇排列、偶排列

逆序数为奇数的排列称为奇排列,逆序数为偶数的排列称为偶排列

一个排列中任意的两个元素对换,排列改变奇偶性

# 1.4. 行列式定义:

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比如三阶行列式:

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脚标第一项都是按照“1,2,3”排列的,而脚标的第二项是“1,2,3”的全排列,正负号怎么来的呢?是由逆序数决定的。

举例:计算5阶行列式因子a52a33a41a14a25的正负号

先把脚标的第一项按顺序排列,得到:a14a25a33a41a52,其逆序数为0+0+2+3+3 = 8,所以为正

# 1.5. DT=D

行列式DT称为行列式D的转置行列式。

# 1.6. 克拉默法则

观察三元一次方程组的解:

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可以看到如下规律:

  • 分母都是系数组成的行列式
  • 分子也是系数组成的行列式,只是对应于不同的xi,第i列被替换为了常数项

克拉默法则定义:

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# 1.7. 为何线性代数的「determinant」被翻译成「行列式」?

行列式的本质,就是矩阵所描绘的线性变换前后,任何一个“体积”缩放的比例。 线性变换对空间的影响可以分为两大类。 一种情况是,行列式的值不为0,这说明变换过后,维数不变,只是“体积”变大或变小; 另一种情况是,行列式的值为0,就说明“体积”变成了0,实际上就是发生了降维,如立体空间变成了平面(降了一维),平面变成了点(降了两维)。(降的维数就是阶数减秩 n–rank。) 因此,行列式的值就是一个很重要、很值得关注的问题,它决定了“体积”被拉伸了还是压缩,拉伸或压缩了多大,或者有没有“被拍扁”而直接变成0。所以,叫它“determinant”(决定因素)毫不过分。

# 1.8. 线性变换的特点

  • 变换前是直线的,变换后依然是直线
  • 直线比例保持不变
  • 变换前是原点的,变换后依然是原点
  • 比如旋转、扭曲

# 1.9. 行列式是线性变换的伸缩因子

  • 行列式 > 1,对图形有放大作用
  • 0 < 行列式 < 1,对图形有缩小作用
  • 行列式 = 1,线性变换不可逆
  • 行列式 < 0,改变了基的相对左右顺序