行列式:多重线性理论
克拉默法则
克拉默法则把方形线性方程组中的每个未知数写成两个行列式之比。要求 x_k,分母取 det(A),分子则把 A 的第 k 列换成右端 b 后取那个行列式,再相除。它是一个极其显式的公式——每个解坐标都纯粹用数据的行列式写出。
确切地说,对 A x = b 且 A 可逆(det(A) != 0),解为 x_k = det(A_k) / det(A),其中 A_k 是把 A 的第 k 列换成 b 所得。证明纯靠多重线性:det(A_k) 是把第 k 列换成 b = x_1*(列 1) + ... + x_n*(列 n) 后 A 的行列式;对该列按线性展开,交替性消去除携带 x_k 乘 det(A) 那一项外的所有项。
它的价值是概念性与理论性的。克拉默法则证明解恰在 det(A) != 0 时存在且唯一,并展示每个 x_k 如何光滑地(有理地)依赖于 A 与 b 的元素——这对敏感性分析、符号解与存在性证明极有价值。它还让与伴随的联系一目了然:它不过是逐列读出逆矩阵公式 A^-1 = adj(A)/det(A)。
注意:不要用它来计算。对 n 个未知数它要求 n+1 个行列式,每个本身就昂贵,工作量远超高斯消元的 O(n^3)——而且在接近奇异的 A 附近数值脆弱,两个近零行列式之比不稳定。克拉默法则用于理解、用于极小或符号系统,而非生产求解。
ax + by = e, cx + dy = f => x = det[e,b;f,d]/det[a,b;c,d], y = det[a,e;c,f]/det[a,b;c,d]
把与该未知数对应的列换成右端,再除以 det(A)。
克拉默法则与伴随逆矩阵公式是同一事实的两种面貌:逐列计算 A^-1 = adj(A)/det(A) 就是 x_k = det(A_k)/det(A)。
另见