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3.9 Determinanten

1. Determinante bei 2×2-Matrizen

Für eine 2×2-Matrix A=(abcd) lautet die Determinante: det(A)=adbc

1.1 Inverse 2×2 Matrix

Ist det(A)0, so ist A invertierbar, und die Inverse lautet A1=1det(A)(dbca).

Ist A invertierbar, dann det(A1)=(det(A))1.

Beispiel

Die Matrix A=(1234) hat Determinante 1423=46=2.
Da 20, ist A invertierbar.


Demgegenüber hätte B=(1224) Determinante 1422=44=0.
B ist also nicht invertierbar.

2. Laplacescher Entwicklungssatz

Allgemeine Form (nach der 1. Zeile)

Für A=(ajk)j,k=1,,n, gilt:

det(A)=k=1n(1)1+ka1kdet(A1k),

wobei A1k die (n1)×(n1)-Untermatrix ist, die man erhält, indem man die 1. Zeile und die k-te Spalte von A streicht.

2.1 Laplace-Beispiel (2×2)

Sieht man sich eine 2×2-Matrix an, ist der Laplacesche Entwicklungssatz bereits eingebaut:

A=(abcd).

  • Entwicklung nach Zeile 1 (hier: n=2 und es gibt genau zwei Spalten):

    det(A)=a(det([d]))+(1)1+2bdet([c]),

    wobei

    • det([d])=d (1×1-Matrix, Determinante = Eintrag),
    • det([c])=c,
    • und (1)3=1.

    Summiert man das auf, ergibt sich

    adbcadbc.

2.2 Laplace-Beispiel (3×3)

Für A=(abcdefghi), wird bei der Entwicklung nach der ersten Zeile jeder Term zum Produkt »Matrixeintrag × Determinante der Untermatrix«.

Konkret:

det(A)=a×|efhi|b×|dfgi|+c×|degh|.

Rechnet man jede 2×2-Determinante aus, bekommt man

a(eifh)b(difg)+c(dheg).

3. Dreiecksmatrizen

Sei AKn×n eine Dreiecksmatrix (obere oder untere). Dann ist ihre Determinante das Produkt der Diagonaleinträge.

Beispiel:

A=(120034005)det(A)=135=15.

4. Spezialfall: det(I)=1

Die Einheitsmatrix I hat Determinante 1, denn es handelt sich um eine spezielle Dreiecksmatrix mit lauter 1 auf der Hauptdiagonale.

5. Regel von Sarrus (3×3)

Eine Eselsbrücke für die 3×3-Determinante ist die Regel von Sarrus.
Man schreibt dazu die ersten beiden Spalten einer 3×3-Matrix rechts nochmal an und bildet bestimmte Diagonalen:

abc|abdef|deghi|gh

Dann lautet die Determinante:

det(abcdefghi)=(aei)+(bfg)+(cdh)((ceg)+(bdi)+(afh)).

Die positiven Diagonalen (links oben nach rechts unten) werden addiert,
die negativen Diagonalen (rechts oben nach links unten) werden subtrahiert.

6. Rechenregeln für Determinanten

Für die Determinante einer n×n-Matrix A gelten die folgenden fundamentalen Regeln:

  1. Zeilenvertauschung: Vertauscht man zwei Zeilen (oder Spalten), ändert sich das Vorzeichen der Determinante.
  2. Lineare Abhängigkeit: Die Determinante ist linear in jeder Zeile (und auch in jeder Spalte).
  3. Zeilenaddition: Addiert man das Vielfache einer Zeile zu einer anderen, ändert sich die Determinante nicht.
  4. Laplace-Entwicklung: Ermöglicht das Zerlegen einer Determinante in kleinere Determinanten.
  5. Transposition: det(A)=det(AT).
  6. Produktregel: det(AB)=det(A)det(B).