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为什么两个矩阵乘积的行列式的值等于矩阵行列式的乘积?

为什么两个矩阵乘积的行列式的值等于矩阵行列式的乘积?

的有关信息介绍如下:

为什么两个矩阵乘积的行列式的值等于矩阵行列式的乘积?

这件事最干净的证明,只用到行列式定义里的两条性质:它对各列是多重线性的,交换两列会变号。

把 的列向量记作 ,那么

先固定 ,定义一个关于 个向量的函数

因为 是线性的,而行列式对各列多重线性且交替,所以 也是一个交替的 重线性函数。

关键就在这里: 维空间上的交替 重线性函数只有一个自由度。换句话说,它一定是普通行列式的某个常数倍。

这句话可以直接展开验证。设 是标准基,并写成

利用多重线性展开 。凡是出现两个相同基向量的项,都因为交替性而等于零;剩下的项恰好由 的所有排列给出。于是

后面的求和正是 ,而

所以

这也说明为什么不必把可逆矩阵和奇异矩阵分开讨论。若 , 已经把某个方向压扁, 仍然线性相关,因而 ;上面的证明自动包含了这种情形。

几何上,它说的是同一件事: 先把有向体积乘以 , 再乘以 ,连续做两次线性变换,总的体积倍率自然是两次倍率的乘积。负号记录的是定向翻转,不是“负面积”。

如果熟悉外代数,整段证明可以压缩成一行:

因为 是一维空间,这三个线性算子在其中分别就是乘以 、 和 。行列式的乘法性,本质上就是复合映射在最高次外幂上的乘法性。