先说结论:二阶行列式代表两个向量组成的平行四边形的有向面积,三阶行列式代表三个向量组成的立方体的有向体积。
有向面积(体积)就是既有方向又有大小的面积(体积),有向面积(体积)的值可以为$+,-,0$。
1.1 几何意义
二阶行列式的代数式是,$ \begin{vmatrix} a_1 & b_1 \\ a_2 & b_2 \end{vmatrix}=a_1b_2-a_2b_1 $。
其中$a_1b_2-a_2b_1$可以表示为两个矩形的面积差,下面先假设$a_1b_2-a_2b_1>0$:
我们把行列式的每列(每行也是可以的)抽出来,得到两个向量,$\vec{v_1}=\begin{vmatrix} a_1 \\ a_2 \end{vmatrix}$,$\vec{v_2}=\begin{vmatrix} b_1 \\ b_2 \end{vmatrix}$:
两个向量可以组合成一个平行四边形:
平行四边形的面积是等于之前的两个矩形的面积差的,也就是:
原因也很简单,我觉得大家动手自己拼一下也就知道了:
1.2 有向面积
有向面积的值即$a_1b_2-a_2b_1$可以为$+,-,0$:
1.3 相关性质
知道了二阶行列式是有向面积之后,很多性质就很好理解了:
性质1:$k\begin{vmatrix} a_1 & b_1 \\ a_2 & b_2 \end{vmatrix}=\begin{vmatrix} ka_1 & b_1 \\ ka_2 & b_2 \end{vmatrix}=\begin{vmatrix} a_1 & kb_1 \\ a_2 & kb_2 \end{vmatrix} $,(乘到行上也可以,这是等价的,就不赘述了)。
这个一幅图就可以说清楚:
性质2:$\begin{vmatrix} a_1 & b_1 \\ a_2 & b_2 \end{vmatrix}=\begin{vmatrix} a_1+kb_1 & b_1 \\ a_2+kb_2 & b_2 \end{vmatrix}$。
先看看什么是$\vec{v}=\begin{vmatrix} a_1+kb_1 \\ a_2+kb_2 \end{vmatrix}$:
所以:
动手感受一下:
推导方法和二阶基本一样,这里就不再赘述。