线性代数#3:行列式——线性变换的缩放比例
行列式的含义
行列式的含义为线性变换(矩阵)带来的缩放比例,即线性变换对面积(二维)/体积(三维)产生改变的比例。
如图,经矩阵变换后,原一单位基围成的面积1,被缩放为平行四边形,面积变为3×2=6。
如果行列式为0,则代表矩阵的列必然存在线性相关;二维中将变为直线或点,三维中将变成平面、直线或点。
负值行列式
负值行列式代表空间取向发生翻转,从几何(二维)上看,ihat与jhat的左右关系发生调转(从一周考虑)。
可以理解为在空间翻转的过程中,行列式的值逐渐减小,在越过0(二维中即共线)之后,空间翻转,变为负值。
行列式为正,ihat位于jhat右侧
行列式为负,ihat位于jhat左侧
对于三维,我们可以通过右手判断空间是否翻转。如果变换后无法使用右手的三手指相对关系进行比拟,变为左手法则,则证明空间反转。
行列式的计算
行列式的公式:
若将c、b视为0,则矩阵变换后为平行四边形(变换后一单位基为(a,0),(0,d)),面积为底(a)×高(d),即ad。所以,可将c、b视为平行四边形在对角方向上拉伸或压缩了多少。因此行列式的值为ad-cb。
从几何面积上计算验证:
计算的性质
Det(M1M2)=Det(M1)Det(M2)
行列式表示体积缩放,复合变换的总体积变化就是缩放因子的连乘。