行列式的几何意义

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$$ \left[ \begin{matrix} 4 & 3 \\ 3 & 4 \end{matrix} \right] \tag{3} $$ = 4\times 4 -3\times 3=7

上面矩阵所表示的几何意义就是求下图平行四边形的面积。

取出两个行向量(4,3)和(3,4),平移出如图所示的平行四边形。

 S_{ABCD}=AB \times DE (DE是平行四边形的高

AB=5,DE未知

由向量点乘公式可得:\alpha \cdot \beta =4\times 3+3\times 4=24=\left | \alpha \right |\times \left | \beta \right | \times cos\Theta

\Rightarrow cos\Theta =\frac{24}{25}

\Rightarrow sin\Theta =\frac{7}{25}

\Rightarrow S_{ABCD}=\left | \alpha \right |\times \left | \beta \right |\times sin\Theta =5\times 5\times \frac{7}{25}=7

综上,由代入法可得二阶行列式是计算向量围成的平行四边形的面积。

一般推导公式如下:

如图令B(x1, y1), D(x2, y2)

即证明$$ \left[ \begin{matrix} x_1 & y_1 \\ x_2 & y_2 \end{matrix} \right] \tag{3} $$ = S_{ABCD}

则相当于已知\alpha \cdot \beta =\left | \alpha \right |\times \left | \beta \right |\times cos\Theta\left | \alpha \right |\times \left | \beta \right |\times sin\Theta

\left | \alpha \right |\times \left | \beta \right |\times cos\Theta=\sqrt{x_1^2+y_1^2}\sqrt{x_2^2+y_2^2} cos \Theta

\Rightarrow cos\Theta =\frac{x_1x_2+y_1y_2}{\sqrt{x_1^2+y_1^2}\sqrt{x_2^2+y_2^2}}

\Rightarrow \left | \alpha \right |\times \left | \beta \right |\times sin\Theta =\sqrt{x_1^2+y_1^2}\sqrt{x_2^2+y_2^2} \sqrt{1-\frac{(x_1x_2+y_1y_2)^2}{(x_1^2+y_1^2) (x_2^2+y_2^2)}}=\sqrt{x_1^2y_2^2 + x_2^2y_1^2-2x_1x_2y_1y_2}=x_1y_2-x_2y_1

注:推倒过程未考虑符号问题,不影响整体理解

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