行列式の幾何学的意味
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2024.05.20
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平面座標系の基底のベクペアの行列式の絶対値は、基底が張る平行四辺形の面積に等しい。
基底が次のように変換される位置ベクトルの写像がある。
この写像によって
図形の面積は
ad
−
bc
倍になる
。
ad
−
bc
は、変換後の基底のベクペアの
行列式
である。
※ 参考:
線形代数学 > ベクトルによって張られる図形の面積や体積
次の2つのベクトルがあります。
これらのベクトルが張る平行四辺形の面積は外積の大きさに等しいです。
次のような表現行列を持つテンソルがあります。
この行列の行列式は次のように表されます。
このテンソルによってベクトルはそれぞれ次のように変換されます。
変換された2つのベクトルが張る平行四辺形の面積は次のようになります。
したがって、次の等式が成り立ちます。
この式より「
テンソルの表現行列の行列式は、変換後に2つのベクトルが張る平行四辺形の面積が何倍になるのかを表す
。」ことが分かります。
次の行列があります。
この行列の行列式は次のように表されます。
この行列式は、ベクトル(
a
,
b
)と ベクトル(
c
,
d
)が張る平行四辺形の面積を表します。
2次元直行座標系において、次の表現行列を持つテンソルによるベクトルの写像があります。
したがって、次の式たちが成り立ちます。
テンソルの表現行列の行列式は次のような意味を持っています。
ということは、写像前の2つのベクトルが張る平行四辺形の面積が写像によって何倍に拡大されるかということを、テンソルの表現行列の行列式は表しているということになります。ということは、閉じた2次元図形の内部の位置ベクトルの集合がテンソルによって変換を受けて作られる新たな図形の面積が何倍に拡大されるかということを、行列式が表しているということになります。なぜなら、図形は微小正方形の集まりであり、それぞれの微小正方形は同じ形の平行四辺形に同じ拡大率で変換されるからです。