几何视角下的行列式解读与理解

mac2024-03-13  46

在我们已经理解了线性变换的概念的前提下,这个线性变换对应的矩阵A的行列式必然有其几何意义(而且十分直观):

以二维为例:

行列式的绝对值即为线性变换后面积的与原面积的比值(如图)

通过这个观点可以很直接的理解为什么不可逆矩阵的行列式为0:

同样以二维为例:

对于不可逆矩阵,其线性变换是将一组基向量压缩到了一条直线上,换句话说,变换后的面积为0。

那么,根据行列式的定义,不可逆矩阵的行列式自然为0,而可逆矩阵行列式自然不为0。

但细心的同学会发现,行列式存在负值,这又表示什么意义呢?

这引入了有向面积的概念:

当一对基向量持续接近时,其对应线性变换的行列式也持续减小,

直到两向量交叉,相对位置互换,这时行列式即为负值。

因此我们直到行列式值为2与-2是两码事,后者像是前者的基础上把整个平面翻了一个个

最后,利用这个几何意义我们理解下老师讲的行列式乘法的思考题:

关于 AB ?=BA 而det(AB)=det(BA)

其实一点都不匪夷所思,反而它成立地如此令人舒服的自然。

AB与BA 相当于对X 先做A线性变换还是先做B线性变化的问题,

先做后做,不影响最后变化的结果,不影响变换后面积与原面积的比值。

(for example A的作用是使面积变为2倍, B的作用是使面积变为3倍, 谁先谁后结果都必为面积变成了6倍)

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