Determinant

דטרמיננטה לפי תמורה

תמורה היא פונקצייה חח״ע ועל σ:[n]→[n] . אוסף התמורות על n איברים מסומן כ Sn ועוצמתו היא n! .
בתמורה ישנו מצב של חילוף סדר שמשמעו

(i<j)∧(σ(i)>σ(j))

לכל תמורה יש סימן התלוי במספר חילופי הסדר, נסמן את מספר חילופי הסדר ב k ויתקיים

sign(σ)=(−1)k

וכעת נוכל להגדיר את הדטרמיננטה

det:Fn×n→F∀A∈Fn×n:det(A)=|A|=∑σ∈Snsign(σ)⋅Πi∈[n]Aiσ(i)

משפט : דטרמיננטה של מטריצה 2×2 היא

det(a1a2a3a4)=a1a4−a2a3

משפט : אם מטריצה ריבועית A משולשית עליונה או תחתונה אזי

det(A)=Πi=1nAii

מכפלת איברי האלכסון.

פעולות על דטרמיננטות

משפט : מטריצה היא ליניארית בשורה כלומר

det(v1v2⋮u⋮vn)+α⋅det(v1v2⋮w⋮vn)=det(v1v2⋮u+αw⋮vn)

משפט : אם למטריצה A יש שתי שורות זהות או יותר, או שיש לה שורת אפסים, אז הדטרמיננטה שלה היא 0.

השפעת פעולות שורה על דטרמיננטה

תהי A ותהי B מטריצות ריבועיות כאשר B מתקבלת מ A ע״י פעולת שורה אלמנטרית p . אזי:

  1. p=αRi אזי: |B|=α|A|
  2. p=Ri↔Rj אזי: |B|=−|A|
  3. p=Ri+αRj אזי |B|=|A|

משפט : תהי A מטריצה ריבועית ומטריצה אלמנטרית p(I) אזי

|p(I)A|=|p(I)|⋅|A|

תזכורת- המטריצה p(A) המתקבלת מאוסף פעולות שורה p על A זה שקול ל p(I)⋅A כלומר להפעיל את אותן פעולות על מטריצת היחידה ואז להכפיל ב A.

מסקנה - נוכל להכפיל את A ב k מטריצות אלמנטיות (משמאל) ועדיין נוכל לפתוח את הדטרמיננטה.

משפט: A הפיכה אמ״מ det(A)≠0

אריתמטיקה של דטרמיננטות

|AB|=|A|⋅|B|=|BA||A|=|At||αA|=αn|A||A−1|=|A|−1|Ak|=|A|k

(k הוא מספר, t זה האופרטור transform).

מסקנה : בגלל שדטרמיננטה של מטריצה שווה ל transpose שלה, הפעלת פעולות שורה לצורך חישוב דטרמיננטה היא אפשרית ותשפיע על הדטרמיננטה באותו אופן שהפעולת שורה השקולה לה במטריצה המשוחלפת הייתה משפיעה.

דיטרמיננטות לפי מינורים

מינור - מסומן כ Mij והוא מתקבל על ידי מחיקת שורה i ועמודה j ממטריצה כלשהי A (לאו דווקא ריבועית).
כעת , תהי A∈Fn×n אזי :

  1. פיתוח לפי השורה ה i
det(A)=∑j=1n(−1)i+jaijdet(Mij)

כלומר , נבחר שורה שנרצה להשמיט מהחישוב, ניקח את המיקום שלה , ונחשב את הדטרמינטטות של המינורים המתקבלים משורה זה עם כל עמודות המטריצה.

  1. פיתוח לפי העמודה ה j
det(A)=∑i=1n(−1)i+jaijdet(Mij)

הרעיון אותו רעיון.

דטרמינטטה של מטריצות מייצגות אופרטורים ליניאריים

יהי T:V→V או״פ ויהי B בסיס ל V.

det(T)=det[T]BB

ההוכחה פשוטה, נראה שלכל שני בסיסיים כלליים שנבחר, B,C הדטרמיננטה תהיה זהה

[T]CC=[I]CB⋅[T]BB⋅[I]BC

בגלל שההופכית של העתקת הזהות היא העתקת הזהות עצמה, נסמן p=[I]CB ולפי הגדרת המטריצה המייצגת את ההעתקה יתקיים p−1=[I]BC . כעת ,

| [T]CC |=| [I]CB⋅[T]BB⋅[I]BC |=|p|⋅|[T]BB|⋅|p−1|=|p|⋅1|p|⋅|[T]BB|=| [T]BB |