Определитель матрицы – это число, являющееся её параметром-характеристикой. Через определитель выполняются многие действия, связанные с матрицами, например, поиск неизвестных из систем уравнений и не только.
В этой статье рассказано про получение определителя методом Гаусса, также иногда такой способ называют понижением порядка определителя. Помимо приведённого здесь способа также детерминант можно сосчитать через миноры или используя правила Саррюса и треугольников.
Свойства определителя квадратной матрицы
- Определитель транспонированной матрицы $A^T$ равен определителю матрицы $A$: $|A^T| = |A|$
- Определитель квадратной матрицы с нулевой строчкой или столбцом равен нулю.
- Перемещая какие-то строчки или столбцы матрицы на места друг друга, знак определителя изменится на противоположный.
- Наличие одинаковых строчек, или таких строчек, которые станут одинаковыми после вынесения коэффициента, делают её определитель нулевым.
- При умножении членов какой-то матричной строчки или столбца $A$ на некий коэффициент $k$, определитель новой полученной матрицы является определителем произведения $A$ и $k$.
- При сложении членов матрицы $A$, находящихся на одной строчке (или в одном столбце) с элементами другой её строчки или столбца, помноженными на некое число $k$, не равное нулю, определитель полученной матрицы будет иметь то же значение, что и определитель матрицы $A$.
- Определитель некой матрицы $A$ равен сумме произведений членов какой-либо строчки или столбца на её алгебраические дополнения.
Алгоритм для подсчёта детерминанта методом Гаусса
Чтобы найти определитель матрицы методом Гаусса, необходимо:
- Привести матрицу к верхнетреугольной или нижнетреугольной форме используя разрешённые над матрицей преобразования, называемые также элементарными.
- Сосчитать произведение всех членов матрицы, принадлежащих главной матричной диагонали полученной треугольной матрицы (эта диагональ проходит слева-направо сверху-вниз). При осуществлении подсчётов для вычисления определителя матрицы методом Гаусса нужно помнить, что при перестановке строчек или столбцов необходимо поменять знак детерминанта в конце решения на противоположный.
Важно: не следует умножать или делить отдельные строчки матрицы на какие-либо числа во время процесса вычисления, так как это изменит итоговое значение. В случае же если всё же домножили строчку матрицы на какой-либо коэффициент, не забудьте вынести его обратное значение как множитель перед матрицей и домножить на это число итоговый ответ.
Найти определитель матрицы методом Гаусса.
$A = \left( \begin{array}{ccc} 0 & 1 &2 \\ 3 & 4 & 5 \\ 1 & 1 & 3 \\ \end{array} \right)$
Переставляем верхнюю и третью строчки и выносим знак минус после перестановки:
$A = - \left( \begin{array}{ccc} 1 & 1 & 3 \\ 0 & 1 &2 \\ 3 & 4 & 5 \\ 0 & 1 &2 \end{array} \right)$
Затем умножаем первую строчку на $3$ и вычитаю из второй:
$A = - \left( \begin{array}{ccc} 1 & 1 & 3 \\ 0& 1 & -4 \\ 0 & 1 &2 \\ \end{array} \right)$
Вычитаем из третьей строчки вторую:
$A = - \left( \begin{array}{ccc} 1 & 1 & 3 \\ 0& 1 & -4 \\ 0 & 0 &6 \\ \end{array} \right)$
Полученная матрица является нижнетреугольной, следовательно, теперь можно сосчитать её детерминант:
$det(A) = - ( 1 \cdot 1 \cdot 6) = -6$
Примените метод Гаусса для вычисления определителя матрицы 4 порядка:
$A = \left( \begin{array}{cccc} 1 & 2 & 3 & 4 \\ 2 & 0 & 2 & 3 \\ 3 & 5 & 1 & 0 \\ 4 & 1 & 0 & 0 \\ \end{array} \right)$
Сделаем перестановку крайнего столбца с последним и третьего столбец со вторым. Это не изменит знак конечного значения определителя, так как смена позиций применяется дважды:
$A = \left( \begin{array}{cccc} 4 & 3 & 2 & 1 \\ 3 & 2 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 5 & 3 \\ 0 & 0 & 1 & 4 \\ \end{array} \right)$
Вычитаю из первой строчки вторую:
$A = \left( \begin{array}{cccc} 1 & 1 & 2 & -1 \\ 3 & 2 & 0 & 2 \\ 0 & 1 & 5 & 3 \\ 0 & 0 & 1 & 4 \\ \end{array} \right)$
Складываю умноженную на $3$ верхнюю строчку со второй:
$A = \left( \begin{array}{cccc} 1 & 1 & 2 & -1 \\ 0 & -1 & -6 & 5 \\ 0 & 1 & 5 & 3 \\ 0 & 0 & 1 & 4 \\ \end{array} \right)$
Прибавляю к предпоследней строке вторую:
$A = \left( \begin{array}{cccc} 1 & 1 & 2 & -1 \\ 0 & -1 & -6 & 5 \\ 0 & 0 & -1 & 8 \\ 0 & 0 & 1 & 4 \\ \end{array} \right)$
Прибавляю к нижней строчке предпоследнюю:
$A = \left( \begin{array}{cccc} 1 & 1 & 2 & -1 \\ 0 & -1 & -6 & 5 \\ 0 & 0 & -1 & 8 \\ 0 & 0 & 0 & 12 \\ \end{array} \right)$
Матрица стала треугольной, теперь найдём её детерминант:
$det(A) = 1 \cdot (-1) \cdot (-1) \cdot 12 = 12$.
