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応用分野: 1次独立であるための必要十分条件 , 逆行列

正則行列であるための必要十分条件

正方行列 A が正則行列であるための必要十分条件は

A ≠ 0

である.

■証明

●「正則行列 ⇒ A ≠ 0 」 であることの証明

A が正則行列であれば,

A B = B A = E ・・・・・・(1)

となる正方行列 B が存在する.

行列の積の行列式に関する定理と(1)より

A B = A · B = E = 1

したがって

A ≠ 0

となる.

●「 A ≠ 0 ⇒ 正則行列 」の証明

n 次の正方行列 A

A = a 11 a 12 ⋯ a 1 n a 21 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a n 1 a n 1 ⋯ a n n

に左から A の余因子行列 A ˜ を

A ˜ = a ˜ 11 a ˜ 12 ⋯ a ˜ 1 n a ˜ 21 a ˜ 22 ⋯ a ˜ 2 n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a ˜ n 1 a ˜ n 2 ⋯ a ˜ n n

かけると

A ˜ A = a ˜ 11 a ˜ 21 ⋯ a ˜ n 1 a ˜ 12 a ˜ 22 ⋯ a ˜ n 2 ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a ˜ 1 n a ˜ 2 n ⋯ a ˜ n n a 11 a 12 ⋯ a 1 n a 21 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a n 1 a n 2 ⋯ a n n = ∑ k = 1 n a ˜ k 1 a k 1 ∑ k = 1 n a ˜ k 1 a k 2 ⋯ ∑ k = 1 n a ˜ k 1 a k n ∑ k = 1 n a ˜ k 2 a k 1 ∑ k = 1 n a ˜ k 2 a k 2 ⋯ ∑ k = 1 n a ˜ k 2 a k n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ∑ k = 1 n a ˜ k n a k 1 ∑ k = 1 n a ˜ k n a k 2 ⋯ ∑ k = 1 n a ˜ k n a k n = A 0 ⋯ 0 0 A ⋯ 0 ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ 0 0 ⋯ A = A E

(行列式の展開を参照)

すなわち

A ˜ A = A E ・・・・・・(2)

となる.

A ≠ 0 であれば,(2)の両辺を A で割ることができ

1 A A ˜ A = E ・・・・・・(3)

が成り立つ.

次に, A の右から A ˜ をかけると

A A ˜ = a 11 a 12 ⋯ a 1 n a 21 a 22 ⋯ a 2 n ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a n 1 a n 2 ⋯ a n n a ˜ 11 a ˜ 21 ⋯ a ˜ n 1 a ˜ 12 a ˜ 22 ⋯ a ˜ n 2 ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a ˜ 1 n a ˜ 2 n ⋯ a ˜ n n = ∑ k = 1 n a 1 k a ˜ 1 k ∑ k = 1 n a 1 k a ˜ 2 k ⋯ ∑ k = 1 n a 1 k a ˜ n k ∑ k = 1 n a 2 k a ˜ 1 k ∑ k = 1 n a 2 k a ˜ 2 k ⋯ ∑ k = 1 n a 2 k a ˜ n k ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ∑ k = 1 n a n k a ˜ 1 k ∑ k = 1 n a n k a ˜ 2 k ⋯ ∑ k = 1 n a n k a ˜ n k = A 0 ⋯ 0 0 A ⋯ 0 ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ 0 0 ⋯ A = A E

すなわち

A A ˜ = A E ・・・・・・(4)

となる.

A ≠ 0 であれば,(2)の両辺を A で割ることができ

A 1 A A ˜ = E ・・・・・・(5)

が成り立つ.

B = 1 A A ˜

とおくと,(3),(5)より

A B = B A = E

が成り立ち, A は正則行列である.そして, A の逆行列 A − 1 は

A − 1 = 1 A A ˜ = 1 A a ˜ 11 a ˜ 21 ⋯ a ˜ n 1 a ˜ 12 a ˜ 22 ⋯ a ˜ n 2 ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ a ˜ 1 n a ˜ 2 n ⋯ a ˜ n n

となる.

 

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最終更新日:2026年3月7日

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