二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

前面介紹了矩陣乘法在空間中的幾何意義:新向量在i j k壓縮和拉伸後的空間中以新的向量形式呈現出來,這就是矩陣乘法要表達的意思。

如圖對於拉伸和壓縮後的區域面積將如何變幻呢,這就是本篇行列式要解決的問題

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

如圖:i被放大了3倍,j倍被放大了2倍,圖形面積就是2X3=6,矩陣表示的是縮放倍數

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

圖中很明顯,經過 i j變化後的區域就是單位向量圍城區域的6倍

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

如果我們將區域向右擠壓,你可以想象下正方向擠壓成平行四邊形的情況,面積保持不變。唯一變化的是單位向量(也叫基向量)如圖

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

網格線保持平行且等距,所以你只要知道單位正方向變化的比列,就知道整個空間區域的變換比列

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

所以行列式的意義就是如圖:面積是單位正方向的6倍

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

面積是單位正方形的3倍

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

當矩陣代表的行列式等於0時,意味著矩陣表示的變換將空間壓縮到更小的維度上,這一點很重要

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

當行列式為負數時又表示什麼呢?我們來看一個連續變換的圖形:

當i 漸漸靠近j時空間被壓縮

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

當i 和j時重合時,行列式等於0,空間變換維度最低

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

當i超過j時行列式很自然等於負數

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

所以行列式為負數時,表示i j翻轉了空間的取向,如圖

開始時的方向

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

旋轉後的方向

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

如圖矩陣行列式是-5,表示將單位正方形拉伸了5倍並​旋轉了一個方向,

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

行列式計算:a代表在x軸上的伸縮倍數,d代表在y軸上的伸縮倍數​

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

如果i不變,j發生旋轉,則形成的平行四邊形面積不變

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

​當bc不為0時,bc就會告訴你平行四邊形在對角線上拉伸了多少,如圖是個非常有趣的模型。

二階“行列式”在二維空間中的幾何原理

以上就是行列式在二維空間中的模型和計算原理


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