18.06是Gilbert Strang教授在MIT开的线性代数公开课,课程视频以及相关资料请见https://ocw.mit.edu/courses/mathematics/18-06-linear-algebra-spring-2010/index.htm。
利用代数余子式计算方阵的逆元,进而求解 Ax=b ,最后简要阐述了行列式与volume的关系,并对外积做了简要介绍。
文中所用图取自 Strang, Gilbert. Introduction to Linear Algebra. 4th ed. Wellesley-Cambridge Press, 2009. ISBN: 9780980232714.
如 MIT18.06线性代数课程笔记19:矩阵行列式公式与代数余子式 中所述,
回忆之前矩阵逆元的计算是利用消元法,是个algorithm;而利用代数余子式,我们直接得到了矩阵逆元的计算公式,是algebra。
克拉默法则即将上诉逆元公式应用起来,得到利用代数余子式求解 Ax=b 的公式,实际使用中多是消元法。
这个结论比较有意思,可以直接通过box的顶点坐标求解volume。
Claim: 平行四边形的面积等于顶点坐标矩阵的行列式。具体地,如下图所示
顶点坐标为 (0,0),(x1,y1),(x2,y2),(x1+x2,y1+y2) 的平行四边形的面积为
行列式的三个基础性质(MIT18.06线性代数课程笔记18:矩阵行列式的性质)平行四边形的面积都满足,从而行列式与平行四边形面积等价。
单位阵对应于大小为1的正方形,面积为1,等于行列式。
交换两行位置,得到的平行四边形左旋与右旋的方向取反,从而面积取反,与行列式相同。
a. 某一行加倍,则平行四边形面积加倍,与行列式相同。
b. 某一行加上另一个向量,平行四边形面积为两者相加,与行列式相同。
关于性质3的证明如下图所示:
Claim: 行列式与volume相等,等于triple product。
第一部分的结论图示如下:
图中所示的box的体积为 ⎡⎣⎢a11,a12,a13a21,a22,a23a31,a32,a33⎤⎦⎥ 的行列式。
triple product的定义为 (a×b)⋅c ,即两个向量的外积与第三个向量做内积。
关于外积的简易定义如下:
基于外积的定义可证 (a×b)⋅c=det(⎡⎣⎢a11,a12,a13a21,a22,a23a31,a32,a33⎤⎦⎥) 。