行列式的逆序數定義是怎麼想出來的?

時間 2021-05-06 07:27:33

1樓:

不成熟的理解,只看奇偶性,逆序數=通過對換變成恒等變換I的次數=對應置換的不相交輪換的個數(參考李炯生和rotman)。優勢可能是使得前面關於正負的表示和座標連貫,變得整齊。

2樓:Asdo

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3樓:圖騰

行列式就是「體積伸縮率」

對於乙個n維空間到n維空間的線性對映T來說,det(T)就是T把體積伸縮的倍數。當然這裡的體積是有向的。這就是行列式最原始的意義。

對於乙個線性變換T,如果它在變換的過程中完全沒有損失任何的資訊,那麼我們就可以通過變換後的資訊還原出變換前的資訊,因此我們就說T是可逆的。

T對應的伸縮率為0意味著它把方體的體積變成0了,也就是說T把方體壓扁了。這意味著本來不同的很多點被壓成同乙個點了,因此就相當於丟失了資訊,從而我們知道T是不可逆的。這就是為什麼行列式可以作為可逆的判據。

既然知道了意義,我們希望找一些方法來計算這個伸縮率,而逆序數的定義正是乙個用來顯式計算伸縮率的表示式。

4樓:Progressist

對於一般的線性代數教材,很多都是直接用逆序數定義的行列式。我學習線代最初的教材就是這麼講的,也是看得一頭霧水,直到後來學習了藍以中高等代數簡明教程,才真正理解。

首先是從平行六面體的幾何例項得到的啟示,n階方陣A的行列式應滿足如下基本性質

行線性與列線性.如A不滿秩,行列式為0.如A為單位矩陣,行列式為1.

定義行線性函式列線性函式

定義反對稱的列(行)線性函式:

從反對稱自然能推出行列式的初等變換性質:

定義行列式函式

從定義再匯出行列式函式的唯一性

轉置矩陣行列式的性質:

行列式函式是反對稱的行線性函式:

這裡先引入排列逆序數的概念(後面的證明可以看出為什麼要這麼定義):

定義det(A)

證明det(A)就是唯一的行列式函式

其實從這個定理的證明過程就可以看出,要滿足最先開始假設的行列式函式三條基本性質,自然能想到行列式函式要滿足這樣的形式(各項乘積之和,再帶個符號),這就產生逆序數的概念了。再由唯一性,這種形式就是行列式函式的最終定義了。

上述各命題、各定理的詳細證明可以參考高等代數簡明教程這本書上冊的第三章。

5樓:

解多元一次方程組的時候,通過觀察符號湊出來的…拋開線性空間,逆序數其實是對對稱群結構的觀察行列式有很多種定義方法,初看可以拿來判斷乙個交換環上自由模的自同態是不是同構,也可以想象成n個向量張成的體積來方便理解,也可以看成外代數的算術

上面這樣內蘊一些的定義也是很漂亮的

多了解一些行列式的應用也很好,比如蒙斯基定理,jiang-clifford定理,galois理論啥的…

另外現在計算器可以算四階行列式,大家考工科線代的時候可以帶進考場…

6樓:

逆序數可理解為一組標準正交基 ,其置換 經過兩兩交換變回 本身,需要多少次數,其中是 的乙個任意排列.

n階行列式的乙個幾何的解釋就是n個n維向量張成的有向平行多面體的體積,比較公理化定義為,行列式可看作多重線性函式:

滿足如下性質:

(1)反稱性: 即交換任意兩列,行列式變異號;

(2)線性性: 即det對每一列是線性可加的;

(3)規範性:

現在任給一組基的置換 , 用表示將 通過兩兩交換變成標準正交基 需要的次數。給 下個定義,稱其為逆序數

接下來,分三步來考察下逆序數在行列式計算中所起的作用:

Step 1利用反襯性和規範性,計算 的行列式如下

第乙個等號利用了性質(1)的反稱性,即每兩兩交換一次需變號一次,一共交換了 次;第二個等號利用了性質(3)的規範性.

上面給出了逆序數在計算一類簡單行列式時的作用, 各列是標準正交基的置換,即 。接著可考察下情形。

Step 2若有 則

證明:因此,

現在來考慮一般方陣的行列式,來觀察逆序數在行列式的計算中如何起作用。

Step 3對一般的n階方陣

設 , ,則

證明:----按第一列展開

----再按第二列展開

----全部展開

對於 出現 的情形,根據Step 2

其餘的 兩兩不等,從而是 的乙個排列, 根據Step 1,

因此 可見,逆序數的出現是因為行列式的反稱性這一性質。它在計算一組基的置換 的行列式時發揮重要作用。而形如 的計算又是計算一般方陣 的行列式的基石。

7樓:鄂梨

不知道我理解的對不對,題主想問的是逆序數定義在整個線性代數理論體系中起到什麼作用?

我們先來回顧一下相關定義,在乙個排列中當某兩個元素的先後次序與標準次序不同時,就稱這兩個元素構成一組逆序(兩元素不一定相鄰)。而逆序數就是乙個排列中所包含的逆序的個數。逆序數為偶數的排列稱偶排列,逆序數為奇數的排列稱奇排列

逆序數在行列式中最重要的乙個應用是行列式的求值。

可以說,線性代數的整體研究思路是從特殊推廣到一般,而行列式作為其中的開篇章節,求值又是其核心問題,為什麼逆序數有著如此重要的乙個應用,卻還常常讓人覺得突兀呢?

提到行列式求值我們通常首先想到對角線法則,長這樣(以三階行列式為例):

對角線法則很經典,但其致命弱點在於它僅適用於

二、三階行列式,也就是說這只是乙個技巧性法則而非真正的計算法則,為了全面的解決行列式求值問題,我們需要乙個更具有普遍適用力的公式。

觀察可知,上式中包含六項,每一項都是元素 的三次乘積,且每一項中 都構成排列123, 的取值範圍也是(1,2,3),3種不同的元素共有 種排法,根據每一項中 排列的逆序數奇偶性來決定該項的正負號,項中 呈偶排列,該項取正;項中 呈奇排列,該項取負(其實是根據 排列的逆序數加 排列的逆序數的和的奇偶性來決定每一項的正負號,但是式中 為自然排列,逆序數為0)。根據這些觀察到的資訊可以將上式寫成如下形式:

式中 表示對1,2,3的所有排列帶入後式求和, 表示由1,2,3所組成的排列的逆序數,其n階推廣形態如下:

對於這一假設的證明過程就先在此略過,事實上它強大、優美、無懈可擊。

綜上,由於本科階段接觸的、需要手算的通常是低階行列式,遇到四階行列式也可以用拉普拉斯展開定理進行降階,或用行列式性質造零化為上(下)三角行列式,後再使用對角線法。也許前期在做章節練習時還會有個別題目考到這個抽象算式,但隨著行列式鋪墊完畢,進入到矩陣和向量的主篇章,這一略顯複雜的知識點無暇再被提及,事後再回想起逆序數時,難免讓人覺得它與整個線性代數理論體系是脫節的。

8樓:玟清

行列式定義 -> 反交換性質 -> 逆序數

重要的不是逆序數本身,而是逆序數的奇偶性。這種反對稱性在數學中大量存在。

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