為什麼行列式可以求「空間積」?對於高維 任意階 行列式該如何證明?

時間 2021-06-05 23:41:02

1樓:cvgmt

因為根據祖沖之兒子的定理,我們有

初等行變換不但不改變行列式的值,也不改變矩陣對應向量張成的平行多面體的體積。

於是,最後,我們只要針對正交單位向量張成的方陣的體積為 1 ,這正好也與行列式的定義一樣。證明完畢。

2樓:mcxzx

這就是混合積。

我們假設該 矩陣是 n 維矩陣:

本文使用張量語言,希臘指標為具體指標可以取 ,拉丁指標為抽象指標代表其張量性,上下重複指標代表從 求和或縮並。 代表列維-奇維塔全反對稱符號,其非零分量為 。 代表體元,列維-奇維塔張量,和全反對稱符號的分量只差乙個實數:

,其中 是度規 在當前座標系分量矩陣的行列式。在正交歸一座標係中度規行列式就是 (只考慮度規正定的情況),此時全反稱符號與體元分量相同。

首先:有行列式的協變定義:

此定義不會隨座標變換而變換。但在正交歸一基底下,我們可以繼續簡化:

最後的結果就是你可以在維基上搜到的行列式定義

如果我們把該矩陣的第m列 看作是第 μ 個向量,簡記為: ,那麼我們可以繼續得到其更深層意義:

我們再簡化記號: (這也是向量混合積的常用符號)

首先,該符號具有線性性(張量的性質):

該符號還具有反對稱性(由於張量反對稱):

由此還可推出當該符號中存在兩個同樣的向量時符號得出的數為0(對稱和反對稱縮並為0):

以及"單位"性:當有一組正交歸一基矢 (滿足 ,為單位矩陣)時,

利用線性性,讓 (此處不求和)

那麼 ,就是新向量張成的正交平行2n胞體(矩形,長方體推廣)的有向測度。

可以發現,這些滿足求由這些向量組成的平行2n胞體(平行四邊形,平行六面體的推廣)的有向測度(面積,體積的推廣)函式的要求:

乘上某實數 的線性性代表對某條邊伸縮 倍,其有向測度當然也隨其變大 倍

有向測度的"有向"就是強調定向的問題,交換反對稱性就代表改變定向,有向測度自然相反。

同樣的向量則代表該平行2n胞體有2條邊方向相同,因此無法張成乙個真正的平行2n胞體,而是更低維數的物體,自然其有向測度就為0

而正交歸一的一組基底矢則會張成乙個邊長為1的正方體,其高維測度自然應該為1。

此外,我們還可以得到該符號的剪下不變性:

其對應的意義在平行四邊形上就是:

不改變底與高,自然不改變其面積。

從這些性質,不難得出它就是代表被作用向量張成的平行2n胞體的有向測度(提供乙個證明思路:通過剪下不變性將被作用向量正交化),由此一步步向上推,就可以得到方陣列的向量張成的平行2n胞體的有向測度就是其行列式。又由於行列式定義式的一些對稱性,也不難得出方陣行的對偶向量張成的平行2n胞體的有向測度也是該矩陣的行列式。

行列式為什麼稱作「行列式」?

天下無難課 一直覺得行列式的翻譯會帶來一些誤導,以為那是乙個 式子 而其實那只是乙個數。從英文determinant來看,這個數有被啥東西決定了的意思。從這個數是由矩陣的元素決定的這點來說,說它是矩陣的乙個 特徵值 或 特定值 倒是蠻貼切的,因為它是這個矩陣乙個確定的 特有的值。而線代里一直在說的 ...

行列式的意義是什麼?

Monstarrrr 簡單的拿二維空間來說。如果把乙個2 2的矩陣看做是線性變換。那麼如果對二維空間施加這個線性變換,必然會使得原始空間發生一定的形變 如二維空間的乙個正方形,經過線性變換後變為了乙個平行四邊形,那麼這個變換的行列式就是表示這個面積 二維空間 變化的倍數。同理,三維空間就是表示體積的...

為什麼非方陣矩陣沒有行列式?

湯姆在 空間被斯派克拍平到了 空間。它想要恢復成原來的樣子去找傑瑞報仇,但它發現跟以往挨揍不同,拍平這個過程中的列向量 資訊沒了,站在一旁的傑瑞表示無能為力,傑瑞不能描述湯姆貓在拍平後湯姆身體的形變。湯姆只能永遠呆在 空間,所以這個時候湯姆貓傻了。 最近算曲面積分碰到了這個問題,直接借用一下樓上同學...