餘因子矩陣計算機
求出3×3矩陣的九個帶正負號子行列式及原行列式,用於計算古典伴隨矩陣與反矩陣。
計算3×3餘因子矩陣
輸入矩陣的每個元素,計算完整的餘因子矩陣。
關於餘因子矩陣
餘因子矩陣以對應的帶正負號子行列式取代方陣中的每個元素。對於第i橫列、第j直行的元素,先刪除所在橫列與直行,再計算剩餘矩陣的行列式,最後依棋盤格位置套用正負號。3×3矩陣需要計算九個2×2行列式,並將結果排成新的3×3矩陣。
符號從左上角的正號開始,沿每個橫列與直行交替。因此第一橫列為正、負、正,第二橫列為負、正、負,第三橫列再為正、負、正。計算子行列式後,必須套用對應符號。手算常見錯誤是只列出子行列式矩陣,卻忽略四個應加負號的位置。
餘因子矩陣連結多項線性代數基本運算。將它轉置可得古典伴隨矩陣;若原行列式非零,再除以該行列式即可得到反矩陣。原矩陣任一橫列與對應餘因子橫列的內積等於行列式,與不同餘因子橫列的內積則為零。這些恆等式可用來核對結果。
矩陣下方顯示的行列式也由相同餘因子求得。若為零,反矩陣不存在,但餘因子矩陣仍有明確定義。有些奇異矩陣的餘因子並非全零,而秩足夠低的矩陣可能有全零的餘因子矩陣。支援小數輸入,所有數值皆在顯示時四捨五入之前完成計算。
餘因子可用於克拉瑪公式解線性方程組、推導反矩陣公式、求平面法向量、研究特徵多項式,以及證明行列式性質。大型數值系統通常採用列化簡或矩陣分解,效率與穩定性較佳。不過對3×3習題而言,完整餘因子矩陣能清楚呈現結構。本計算機將帶符號結果列於對應位置,方便直接轉置求古典伴隨矩陣,也能逐項比對手算結果。
餘因子矩陣範例
以下範例說明矩陣結構如何影響帶正負號的子行列式。
| 原矩陣各橫列 | 餘因子矩陣各橫列 | 觀察 |
|---|---|---|
| [1 2 3], [0 1 4], [5 6 0] | [-24 20 -5], [18 -15 4], [5 -4 1] | 原矩陣的行列式為1。 |
| [2 0 0], [0 3 0], [0 0 4] | [12 0 0], [0 8 0], [0 0 6] | 對角矩陣會產生對角的餘因子矩陣。 |
| [1 0 0], [0 1 0], [0 0 1] | [1 0 0], [0 1 0], [0 0 1] | 單位矩陣的餘因子矩陣就是它本身。 |
如何計算餘因子矩陣
- 逐一橫列輸入矩陣的九個元素。
- 選取「計算餘因子矩陣」。
- 在原元素相同位置查看各個帶正負號的子行列式。
- 若需要古典伴隨矩陣,請將顯示的矩陣轉置。
餘因子矩陣常見問題
餘因子矩陣和古典伴隨矩陣相同嗎?
不同,古典伴隨矩陣是餘因子矩陣的轉置。代入反矩陣公式前,必須先交換橫列與直行。
如何計算每個餘因子?
刪除元素所在橫列與直行,計算剩下的2×2行列式,再套用交替正負號。結果放在原元素的位置。
奇異矩陣也有餘因子嗎?
有,無論原行列式是否為零,餘因子都有定義。行列式為零無法求反矩陣,但仍可計算帶符號的子行列式。
3×3餘因子矩陣採用什麼符號排列?
由左上角正號開始,像棋盤格般交替。各橫列依序為正負正、負正負、正負正。
如何用餘因子求反矩陣?
將餘因子矩陣轉置成古典伴隨矩陣,再把每個元素除以原行列式。此方法僅適用於原行列式非零時。