CHAPTER 05   /   行列式

5.2行列式的正负:空间定向

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面积本身不会是负数,行列式却可以为负。负号记录的是空间定向的翻转。平面的标准基按 (e1,e2)(e_1,e_2) 排列,从 e1e_1 转向 e2e_2 的较小转角是逆时针;这个先后次序规定了平面的正定向。

变换后,按相同顺序观察 (Ae1,Ae2)(Ae_1,Ae_2):若从第一个向量转向第二个向量的较小转角仍是逆时针,定向保持,行列式为正;若变为顺时针,定向翻转,行列式为负。两向量共线时围不出面积,行列式为零。

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3Blue1Brown ·《线性代数的本质》行列式 03:47–04:58 · 英语原声/原片内嵌中英字幕

再举个例子,旋转与翻转是不一样的。平面旋转会同时移动两个基向量,却保持它们的定向,行列式为 11。关于横轴的镜面反射只把纵向翻过来,行列式为 −1-1。把两个坐标方向同时反向,等价于在平面中旋转半周,行列式反而是 11。

det⁡[0−110]=1,det⁡[100−1]=−1det⁡(−I2)=1\begin{gathered}\det\begin{bmatrix}0&-1\\1&0\end{bmatrix}=1,\qquad\det\begin{bmatrix}1&0\\0&-1\end{bmatrix}=-1\\[.5em]\det(-I_2)=1\end{gathered}

把行列式的正负与线性变换是否会翻转空间联系在一起是有道理的。

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把定向翻转与数值穿过零放在一起看:变换必须先把平面压扁,才会从保向变为反向。3Blue1Brown ·《线性代数的本质》行列式 04:58–05:30 · 英语原声/原片内嵌中英字幕
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