Determinantes · Definición

Determinante

álgebra linealdeterminantes

Antes de empezar necesitas conocer

El determinante resume en un solo número si una matriz cuadrada es invertible y cuánto cambia los volúmenes.

Definición

El determinante de una matriz cuadrada es un número que mide cuánto escala volúmenes la transformación lineal que la matriz define.

\[\det\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bc\]

Para un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas, la solución única existe justo cuando \(ad-bc\ne0\). Ese número, que sale de eliminar una incógnita, es el determinante de la matriz de coeficientes. La idea se generalizó a \(n\times n\) como una única cantidad que decide si el sistema \(A\mathbf{x}=\mathbf{b}\) tiene solución única para todo \(\mathbf{b}\).

La interpretación geométrica da el sentido: las columnas de una matriz \(2\times2\) forman un paralelogramo y su área es \(|\det A|\); en \(3\times3\) es el volumen del paralelepípedo. El signo indica si la transformación conserva o invierte la orientación. Si el determinante es 0, el paralelogramo se aplasta en un segmento: las columnas son dependientes y la matriz no es invertible.

Ejemplo guía: \(\det\begin{pmatrix}2&1\\5&3\end{pmatrix}=2\cdot3-1\cdot5=1\), así que la matriz es invertible y conserva áreas. Errores típicos: restar en el orden equivocado (\(bc-ad\)), o creer que \(\det(A+B)=\det A+\det B\), que es falso; lo que sí se cumple es \(\det(AB)=\det A\det B\). Para triangulares basta multiplicar la diagonal, y en el siguiente concepto veremos cómo calcular matrices más grandes por cofactores. Para una matriz \(2\times2\) el determinante es \(ad-bc\), y para una triangular es el producto de su diagonal.

Para pensar

Si \(\det A=0\), ¿qué se puede decir de las columnas de \(A\)?

Son linealmente dependientes, y por eso \(A\) no es invertible.

¿Es cierto que \(\det(2A)=2\det A\) para una matriz \(3\times3\)?

No: cada una de las 3 filas se multiplica por 2, así que \(\det(2A)=2^3\det A=8\det A\).

Ejercicios 10

Referencias

  • Gilbert Strang, Introduction to Linear Algebra, 6th edition, Wellesley-Cambridge Press, 2023. §5.1
  • Sheldon Axler, Linear Algebra Done Right, 4th edition, Springer, 2024. §10.A