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2次の行列式の場合
行列式|A|=|a11a12a21a22| の1列目と2列目を,それぞれ列ベクトルとして
a1=(a11a21) ,a2=(a12a22)
とおくと,|A| の絶対値は平面ベクトル a1 , a2 を2辺とする平行四辺形の面積の値に等しい.
(a11a21)=a1 ,(a12a22)=a2
とおく.
|a11a12a21a22|=a11a22−a12a21=a11a22+a21(−a12)
と変形し,
(a22−a12)=a2′
とおくと,
|a11a12a21a22|=a1·a2′
となる.行列式はa1とa2′の内積で表わされる.
a2とa2′の関係を行列を使って表わす.
a22=0·a12+1·a22
−a12=−1·a12+0·a22
より
(a22−a12)=(0·a12+1·a22−1·a12+0·a22)
=(01−10)(a12a22)
となる.
行列(cos(−90∘)−sin(−90∘)sin(−90∘)cos(−90∘))は原点を中心に−90∘反時計回り,(90∘時計回り)に回転させる回転行列である.
すなわちa2′はa2の始点を回転の中心として時計回りに90∘回転させたベクトルになる.
a1,a2,a2′を座標平面に描くと図のようになる.
a1を原点を中心を反時計回りに回転させa2重ねた時の回転角をθ とすると,a1とa2のなす角は|θ|(ただし,−180°≤θ≤180°) となる.a1とa2′のなす角は,−90°≤θ≤180° の時,|θ−90°|,−180°≤θ<−90°の時,|θ+270°| となる.
|a11a12a21a22|=a1·a2′
=|a1||a2′|cos(|θ−90°|)
=|a1||a2′|cos(θ−90°)
=|a1||a2′|sinθ
(∵|a2′|=|a2|,cos(90∘−θ)=cos(θ−90∘)=sinθ ⇒ここを参照)
=|a1|(|a2|sinθ) ・・・・・・(1)
|a11a12a21a22|=a1·a2′
=|a1||a2′|cos(|θ+270°|)
=|a1||a2′|cos(θ+270°)
=|a1||a2′|cos(θ+360°−90°)
=|a1||a2′|cos(θ−90°)
=|a1||a2′|sinθ
=|a1|(|a2|sinθ) ・・・・・・(2)
(1),(2)より,いずれの場合も
a1⋅a2=|a1|(|a2|sinθ)
となる.
|a1|(|a2|sinθ) の絶対値は a1とa2 を2辺とする平行四辺形の面積の値に等しい.
すなわち|acbd| の絶対値はa1とa2を2辺とする平行四辺形の面積の値に等しい.
|acbd|の符号は
0°≤θ≤180°⇒|a11a12a21a22|≥0 ,−180°≤θ<0°⇒|a11a12a21a22|<0
となる.
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最終更新日: 2023年6月12日