了解一个线性变换对空间的缩放程度是很有用的,这其实就是行列式的几何意义。 严谨的说,行列式的绝对值表示了空间缩放的倍数,而符号代表方向。行列式为负说明空间发生了翻转,可以对基向量用右手法则判断。 由于线性变换下,坐标轴保持平行且等距,所以只需要考虑基向量围成的空间变化即可,其他的空间也同等程度的变化。

二维的线性变换考虑面积的缩放,三维则是体积的缩放。 虽然任意矩阵都对应一个线性变换,但是只有方阵才有行列式。一个非方阵代表的线性变换可能涉及维数的提升或降低,然而只有同维才能比较空间的缩放。如果强行定义,可能会出现除以0或恒为0的情况。

特别考虑行列式为0的情况,这说明变换后维数被减少,所以这样的线性变换被称作“退化的”。在三维的情况下,行列式为0说明空间被压缩到一个平面、一条直线或者一个点,维数都降低了。 至于具体降低了多少,需要用到秩的概念。

  1. 对角矩阵的行列式公式

    若 \(A= \begin{pmatrix} a_{11} & & & \\ & a_{22} & & \\ & & \ddots & \\ & & & a_{nn} \end{pmatrix}\),那么 \(det(A) = a_{11} a_{22} \cdots a_{nn}\).

因为 \(A\) 的各个列向量代表线性变换后的基向量,大部分元素为0,这说明线性变换后基向量的方向都不变,只进行了 \(a_{ii}\) 倍的缩放,故最后空间的缩放也就是这些倍数相乘。

  1. 乘积的行列式公式

    \(det(AB) = det(A)det(B)\).

\(AB\) 只是先后应用两个线性变换而已,结果和分别应用是一样的。

  1. 叉乘的行列式公式

    若 \(\vec{\alpha} = \begin{pmatrix} a \\ b \end{pmatrix} , \vec{\beta} = \begin{pmatrix} c \\ d \end{pmatrix}\),那么它们叉乘的大小是 \(\begin{vmatrix} a & c \\ b & d \end{vmatrix} = ad-bc\).

因为二维向量叉乘的几何意义和二阶行列式几何意义是一样的。

  • 行列式是特征值的乘积

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