余因子展開 と可逆性 の判定
Cofactor expansion and testing invertibility 可逆性 かぎゃくせい
1導入 どうにゅう
この
さらに、
1Introduction
The key point is that
Cofactors also form the
when .
2用語 ようご と定義 ていぎ
を
で
で
で
2Terms and definitions
Let be an
The
The
3方針 ほうしん
たとえば
の
この
3Plan
To expand along row , group the permutation sum by the value of . The group with contains the factor , and the remaining choices are exactly the determinant of the submatrix obtained by deleting row and column . The sign correction is .
4直感的 ちょっかんてき な説明 せつめい
ただし、
4Intuitive explanation
Cofactor expansion decomposes high-dimensional oriented volume by fixing one row or column. The selected entry becomes a coefficient, and the remaining determinant measures the lower-dimensional slice. The checkerboard sign corrects orientation.
5厳密 げんみつ な説明 せつめい
5.11. 余因子展開 よいんしてんかい cofactor expansion の定理 ていり
を
が
が
5.22. 行展開 ぎょうてんかい の証明 しょうめい
この
である。
である。 について
を
5.33. 列展開 れつてんかい の証明 しょうめい
は、
5.44. 随伴行列 ずいはんぎょうれつ adjugate matrix の恒等式 こうとうしき
である。
まず の
である。 のとき、これは
のとき、
である。したがって である。
である。 も、
5.55. 逆行列 逆行列 ぎゃくぎょうれつ の公式 こうしき
とする。このとき、
となる。よって
である。
である。したがって である。ゆえに
が
5Precise explanation
5.11. Cofactor expansion theorem
For an square matrix ,
for every row , and
for every column .
5.22. Proof of row expansion
Start from the permutation definition and group terms by the value of . In the group with , the factor appears. Moving row and column to the front requires adjacent swaps, giving the sign . The remaining signed sum is the determinant of . Thus that group contributes , and summing over proves the row expansion.
Column expansion follows similarly, or by applying row expansion to and using .
5.33. Adjugate identity
The entry of is
If , this is the cofactor expansion of . If , it is the determinant of the matrix obtained by replacing row by row , expanded along row . That matrix has two equal rows, so its determinant is zero. Therefore
The identity follows similarly from column expansion.
5.44. Inverse formula
If , then division by is allowed, so
Conversely, if is invertible, then
so . Hence is invertible if and only if .
6具体例 ぐたいれい
を
したがって であり、 は
6Worked example
For
expansion along the first row gives
Thus , so is invertible.
7階数 かいすう rank ・線型写像 せんけいしゃぞう linear map との関係 かんけい
が
7Relation to rank and linear maps
For an square matrix,
The determinant proof uses the adjugate formula above. The rank viewpoint says that full rank means the column space is all of , so the corresponding linear map loses no information.
data/lecture/math/linear-algebra/rank-basics.lecture.n.md data/lecture/math/linear-algebra/rank-and-nullity-of-linear-maps.lecture.n.md8見分 みわ け方 かた
- 0 が
多 おお い行 ぎょう row または列 れつ column があるなら、余因子展開 よいんしてんかい cofactor expansion を選 えら ぶと項 こう が減 へ る。 逆行列 を逆行列 ぎゃくぎょうれつ 理論的 りろんてき に構成 こうせい したいなら、随伴行列 ずいはんぎょうれつ adjugate matrix を使 つか う。数値計算 すうちけいさん だけが目的 もくてき なら、大 おお きい行列 ぎょうれつ matrix では余因子展開 よいんしてんかい cofactor expansion より行基本変形 ぎょうきほんへんけい elementary row operation のほうが効率的 こうりつてき である。
8How to choose the method
Use cofactor expansion when a row or column has many zeros. Use the adjugate when proving the inverse formula. For large numerical computations, row operations are usually more efficient than cofactor expansion.
9どこまで成立 せいりつ するか
この
9Scope
This lecture treats square matrices over the real or complex numbers. Cofactor expansion applies to every square matrix, but it becomes computationally expensive for large matrices. Rectangular matrices do not have this determinant or cofactor expansion in the same sense; rank and one-sided inverses are used instead.
10最終形 さいしゅうけい
10Final forms
11一言 ひとこと でいうと
余因子展開 よいんしてんかい cofactor expansion は、置換 ちかん permutation による行列式 ぎょうれつしき determinant を 1行 ぎょう または 1列 れつ ごとに分類 ぶんるい した公式 こうしき である。随伴行列 ずいはんぎょうれつ adjugate matrix は、行列式 ぎょうれつしき determinant が 0 でないときに逆行列 ぎゃくぎょうれつ inverse matrix を構成 こうせい する。
12演習 えんしゅう リンク
data/exercise/math/linear-algebra/determinants-and-invertibility.exercise.n.md
11In one sentence
- Cofactor expansion groups the permutation definition by one chosen row or column.
- The adjugate constructs the inverse when the determinant is nonzero.