余因子行列計算機
3×3行列の9個の符号付き小行列式と行列式を求め、随伴行列や逆行列の計算に役立てます。
3×3の余因子行列を計算
すべての要素を入力し、符号を含む余因子行列全体を計算します。
余因子行列について
余因子行列は、正方行列の各要素を対応する符号付き小行列式に置き換えたものです。i行j列の要素について、その行と列を削除し、残った行列の行列式を計算します。その後、市松模様の位置に応じて正負の符号を付けます。3×3行列では、9個の2×2行列式を計算し、新しい3×3行列に並べます。
符号は左上の正から始まり、行方向にも列方向にも交互に変わります。1行目は正・負・正、2行目は負・正・負、3行目は再び正・負・正です。各小行列式を求めた後に符号を適用することが重要です。負になる4か所を忘れ、小行列式だけの行列を答えるのは、手計算でよくある誤りです。
余因子行列は線形代数の重要な演算を結び付けます。転置すると随伴行列になります。元の行列式が0でなければ、随伴行列をその行列式で割って逆行列が得られます。元の任意の行と対応する余因子の行との内積は行列式になり、別の余因子の行との内積は0になります。これらの恒等式は検算に役立ちます。
行列の下に表示される行列式も同じ余因子から計算します。行列式が0の場合、逆行列は存在しませんが、余因子行列は定義できます。特異行列でも0でない余因子を持つものがあり、階数が十分に低い行列では余因子行列がすべて0になることがあります。小数の入力に対応し、表示の丸め処理前にすべての値を計算します。
余因子はクラメルの公式による連立一次方程式の解法、逆行列の公式の導出、平面の法線、固有多項式の研究、行列式の性質の証明などに使われます。大規模な数値計算では、行基本変形や行列分解の方が通常は効率的で安定しています。一方、3×3の演習では余因子行列全体を見ることで構造が明確になります。この計算機は各結果を対応する位置に表示するため、随伴行列が必要ならそのまま転置でき、手計算の各要素とも比較できます。
余因子行列の例
行列の構造が符号付き小行列式に与える影響を示します。
| 元の行列の各行 | 余因子行列の各行 | ポイント |
|---|---|---|
| [1 2 3], [0 1 4], [5 6 0] | [-24 20 -5], [18 -15 4], [5 -4 1] | 元の行列式は1です。 |
| [2 0 0], [0 3 0], [0 0 4] | [12 0 0], [0 8 0], [0 0 6] | 対角行列の余因子行列も対角行列になります。 |
| [1 0 0], [0 1 0], [0 0 1] | [1 0 0], [0 1 0], [0 0 1] | 単位行列の余因子行列は自分自身です。 |
余因子行列を計算する方法
- 9個の行列要素を行ごとに入力します。
- 「余因子行列を計算」を選択します。
- 元の要素と同じ位置にある符号付き小行列式を確認します。
- 随伴行列が必要な場合は、表示された行列を転置します。
余因子行列のよくある質問
余因子行列と随伴行列は同じですか?
いいえ。随伴行列は余因子行列の転置です。逆行列の公式に使う前に、行と列を入れ替える必要があります。
各余因子はどう計算しますか?
要素の行と列を削除し、残りの2×2行列式を計算して交互の符号を適用します。結果は元の要素の位置に置きます。
特異行列にも余因子はありますか?
はい。元の行列式が0かどうかにかかわらず余因子は定義されます。行列式が0だと逆行列は求められませんが、符号付き小行列式は計算できます。
3×3余因子行列の符号はどう並びますか?
左上の正から市松模様状に交互に並びます。各行は正負正、負正負、正負正です。
余因子から逆行列をどう求めますか?
余因子行列を転置して随伴行列を作り、全要素を元の行列式で割ります。元の行列式が0でない場合に限り使えます。