餘因子展開計算器
以拉普拉斯展開計算3×3行列式,查看第一橫列各元素的子行列式、餘因子與乘積。
以餘因子展開計算3×3行列式
輸入矩陣的全部九個元素,沿第一橫列展開。
關於餘因子展開
餘因子展開又稱拉普拉斯展開,將方陣的行列式表示為較小行列式的加權和。任選一橫列或一直行,將各元素乘以其帶正負號的子行列式,再將乘積相加。本計算器使用3×3矩陣的第一橫列,方便檢視每個階段,所得行列式與沿其他任意橫列或直行展開的結果相同。
要求某元素的子行列式,先刪除該元素所在的橫列與直行。對於3×3矩陣,剩餘元素組成一個2×2矩陣,其行列式為左上元素與右下元素的乘積,減去右上元素與左下元素的乘積。餘因子是在子行列式上加上交替的正負號。第一橫列的符號依序為正、負、正。顯示的餘因子數值已包含這些符號。
行列式等於第一個元素乘以其餘因子,加上第二個元素乘以其餘因子,再加上第三個元素乘以其餘因子。雖然運算描述為相加,負的餘因子自然會產生減法效果。分別顯示子行列式、帶正負號的餘因子及最終乘積,有助於找出算術錯誤,也方便核對手算過程。
行列式為零表示矩陣是奇異矩陣。其橫列或直行線性相依,不存在乘法反矩陣,對應的線性變換會使維度降低。行列式非零表示矩陣可逆。符號反映定向,而行列式的絕對值表示相應線性變換下面積或體積的縮放倍率。
餘因子展開適用於任意階方陣,可遞迴地將n階行列式化為n減一階行列式。對大型稠密矩陣而言,消去法的計算速度較快;但當某一橫列或直行包含許多零時,拉普拉斯展開仍特別實用。它也是定義伴隨矩陣、反矩陣與特徵多項式的基礎。此專用3×3計算器支援整數與小數,在計算中保持精度,並展示完整的第一橫列展開過程,而非只回傳未經解釋的最終數值。
餘因子展開範例
以下矩陣展示一般矩陣、對角矩陣與奇異矩陣的行列式。
| 矩陣各橫列 | 行列式 | 展開說明 |
|---|---|---|
| [1 2 3], [0 1 4], [5 6 0] | 1 | 第一橫列帶正負號的餘因子為 -24、20 與 -5。 |
| [2 0 0], [0 3 0], [0 0 4] | 24 | 只有第一個展開乘積非零。 |
| [1 2 3], [2 4 6], [0 1 1] | 0 | 第二橫列相依於第一橫列,因此矩陣為奇異矩陣。 |
如何使用餘因子展開
- 依橫列順序輸入矩陣的九個數值。
- 選取「計算餘因子展開」。
- 查看三個2×2子行列式及其帶交替正負號的餘因子。
- 將顯示的展開乘積相加,核對行列式。
餘因子展開常見問題
子行列式與餘因子有何不同?
子行列式是刪除一橫列與一直行後剩下的行列式。餘因子則是該子行列式乘以棋盤格規律決定的正負號。
可以沿其他橫列或直行展開嗎?
可以,沿任意完整橫列或直行展開,都會得到相同的行列式。選擇含有多個零的橫列或直行,通常能減少計算量。
為什麼餘因子的正負號會交替?
第i橫列、第j直行的符號取決於i加j為偶數或奇數。這種棋盤格模式維持了行列式的定向與反對稱性。
行列式為零代表什麼?
行列式為零代表矩陣是奇異矩陣,沒有反矩陣,其橫列或直行存在線性相依關係。
計算器接受小數嗎?
接受,每個儲存格都可輸入整數或小數。結果使用雙精度運算,僅在顯示時進行捨入。