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数学知识体系

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⌕2026/8/31
概念

行列式

行列式是多线性的体积函数,其展开公式与克拉默法则给出线性方程组的显式解,行列式为 0 恰对应矩阵不可逆。

所属主题:线性代数 ↗
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当前概念

行列式线性代数

01定义

行列式是方阵的多线性交替函数:它度量线性变换对体积的伸缩率与定向。det⁡A=0\det A=0 恰对应「映射压扁了空间」(不可逆);展开公式与克拉默法则给出方程组的显式解。
面积 1 A 面积 = |det A| 单位方块被 A 变为平行四边形 det A > 0 保定向,< 0 翻转定向,= 0 压扁降维
行列式 = 体积伸缩率:单位方块在 A 下的像的面积

02核心要点

01

公理化定义

行列式由三条公理唯一决定:对各行多线性、交换两行变号、单位阵为 1——由此推出莱布尼茨公式 det⁡A=∑σsgn⁡(σ)∏aiσ(i)\det A=\sum_\sigma\operatorname{sgn}(\sigma)\prod a_{i\sigma(i)}。

02

判别可逆

det⁡A=0  ⟺  \det A=0\iff 行(列)线性相关   ⟺  A\iff A 不可逆   ⟺  Ax=0\iff Ax=0 有非零解——一个数串起线性代数的全部「退化」情形。

03

克拉默法则

xi=det⁡Ai/det⁡Ax_i=\det A_i/\det A:用行列式显式给出方程组解;理论上优美,数值上被消元法取代,但它在解析推导中不可或缺。

03关键公式

det⁡(AB)=det⁡A⋅det⁡B\det(AB)=\det A\cdot\det B
xi=det⁡Aidet⁡A(克拉默)x_i=\frac{\det A_i}{\det A}\quad(\text{克拉默})

04历史沿革

关孝和(1683)与莱布尼茨(1693)几乎同时独立发明行列式以解方程组;克莱姆 1750 年给出以其命名的法则;现代公理化表述归功于外尔斯特拉斯与格拉斯曼。

05应用与延伸

雅可比行列式是多元换元积分的伸缩因子;特征多项式 det⁡(λI−A)\det(\lambda I-A) 由行列式定义;判别式、外代数与微分形式都以行列式思想为根。

06交互演示

有向面积 = det(a, b)拖 b 的 x 分量:平行四边形面积随行列式变化,共线时归零

07相关概念