Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is Determinanten?

Ook bekend als: determinant

Definitie 2.16 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 2 · Hoofdstuk 2 — Lineaire algebra

De determinant van een familie in een basis is detB(x1,,xn)\det_{\mathcal{B}}(x_1, \dots, x_n); de determinant van een matrix AA is de determinant van haar kolommen in de canonieke basis — de permutatieformule hierboven; de determinant van een endomorfisme uu is de scalair detu\det u met

detB(u(x1),,u(xn))=detudetB(x1,,xn)voor alle xi\det{}_{\mathcal{B}}\bigl(u(x_1), \dots, u(x_n)\bigr) = \det u \cdot \det{}_{\mathcal{B}}(x_1, \dots, x_n) \quad \text{voor alle } x_i

(het linkerlid is alternerend nn-lineair en dus een veelvoud van detB\det_\mathcal{B} volgens Stelling 2.14; de factor hangt niet van B\mathcal{B} af).

Voorbeelden

Voorbeeld 2.19 (Een determinant volgens de regels)

Zij JMn(K)J \in \mathcal{M}_n(K) de matrix die uitsluitend uit enen bestaat, en aKa \in K; we berekenen det(aIn+J)\det(aI_n + J) met het zojuist bewezen gereedschap. Elke kolom van aIn+JaI_n + J telt op dezelfde manier op: tel alle rijen bij de eerste op (de determinant verandert daar niet van — een veelvoud van de ene rij bij een andere optellen voegt een term met een herhaalde richting toe, en die wordt door het alterneren gedood). De eerste rij wordt (a+n,a+n,,a+n)(a + n, a + n, \dots, a + n); haal a+na + n met de lineariteit in die rij buiten haakjes en trek daarna de eerste kolom van elke andere kolom af: wat overblijft is driehoekig met diagonaal (1,a,,a)(1, a, \dots, a). Bijgevolg is

det(aIn+J)=(a+n)an1.\det(aI_n + J) = (a + n)\,a^{\,n-1}.

Het inzicht om te onthouden: de nulpunten a=0a = 0 (met multipliciteit n1n - 1) en a=na = -n zeggen dat JJ de eigenwaarde 00 heeft met multipliciteit n1n - 1 en de eigenwaarde nn één keer — het spectrum van de rang-één-matrix JJ, een hoofdstuk te vroeg (Hoofdstuk 3 maakt dit systematisch).

Voorbeeld 2.20 (Een determinant volgens de permutatieformule)

Voor een matrix met veel nullen is de formule op zichzelf al bruikbaar: in

A=(0a0000b0000cd000),A = \begin{pmatrix} 0 & a & 0 & 0\\ 0 & 0 & b & 0\\ 0 & 0 & 0 & c\\ d & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix},

is de enige permutatie die elementen ongelijk aan nul oppikt de 44-cykel σ=(1234)\sigma = (1\,2\,3\,4), die kolom 11 met rij 44 verbindt, enzovoort; er geldt ε(σ)=(1)3=1\varepsilon(\sigma) = (-1)^3 = -1, dus detA=abcd\det A = -abcd. (Controleer het met drie kolomverwisselingen die tot een diagonaalmatrix leiden.)

Voorbeeld 2.21 (Een Vandermonde volgens de productformule)

Voor de knooppunten 0,1,20, 1, 2 (gebruikt door kwadratuurformules zoals die van Oefening 2.4) is de Vandermonde-determinant van Oefening 2.11 in één oogopslag te evalueren:

det(111012014)=(10)(20)(21)=2,\det\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1\\ 0 & 1 & 2\\ 0 & 1 & 4 \end{pmatrix} = (1 - 0)(2 - 0)(2 - 1) = 2 ,

en rechtstreekse ontwikkeling langs de eerste kolom geeft 1(42)=21\cdot(4 - 2) = 2: dat klopt. Dat de determinant bij verschillende knooppunten niet verdwijnt, is de hele theorie van de interpolatie in één determinant: de evaluatievormen PP(ai)P \mapsto P(a_i) vormen precies dan een basis van de duale ruimte wanneer deze determinant niet nul is, dat wil zeggen: altijd, bij verschillende aia_iVoorbeeld 2.2, nu gekwantificeerd.

Lees in het hoofdstuk →