Determinant ve Cramer Kuralı

MATE 213 — Lineer Cebir

Öğr. Gör. Oktay Cesur

2026-07-21

Hazır Olan Yapı

\(A\in\mathbb{R}^{n\times n}\) için:

\[ A\text{ tersinir} \iff \operatorname{rank}(A)=n \iff \operatorname{RREF}(A)=I_n \]

Bu yapıyı tek bir skaler nasıl özetler?

Determinant Nedir?

\[ \det:\mathbb{R}^{n\times n}\longrightarrow\mathbb{R} \]

\[ A\longmapsto\det(A) \]

  • Yalnız kare matrisler için tanımlıdır.
  • Sonucu bir skalerdir.
  • Matrisin kendisi veya elemanlarının toplamı değildir.

\(2\times2\) Determinant

\[ A=\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix} \]

\[ \boxed{\det(A)=ad-bc} \]

Örnek:

\[ \det\begin{bmatrix}3&1\\2&4\end{bmatrix}=12-2=10 \]

Geometrik Ölçekleme

\(A=[a_1\ a_2]\) için:

\[ |\det(A)|= \text{$a_1$ ve $a_2$'nin oluşturduğu paralelkenarın alanı} \]

  • \(|\det(A)|>1\): alan büyür.
  • \(0<|\det(A)|<1\): alan küçülür.
  • \(\det(A)<0\): yönelim ters döner.

Determinant Sıfırsa

\[ \det(A)=0 \]

\[ \Updownarrow \]

Sütunların oluşturduğu \(n\) boyutlu hacim çöker.

\[ \Updownarrow \]

Sütunlar lineer bağımlıdır.

Tersinirlik Ölçütü

\(A\in\mathbb{R}^{n\times n}\) için:

\[ \boxed{A\text{ tersinir}\iff\det(A)\neq0} \]

\[ \det(A)=0 \iff \operatorname{rank}(A)<n \]

Aynı Determinant, Farklı Matrisler

\[ A=\begin{bmatrix}2&0\\0&3\end{bmatrix},\qquad B=\begin{bmatrix}1&1\\0&6\end{bmatrix} \]

\[ \det(A)=\det(B)=6 \]

Ancak \(A\neq B\) ve dönüşüm etkileri farklıdır.

Minör ve Kofaktör

\(M_{ij}\): \(i\). satır ve \(j\). sütun silinince kalan determinant.

\[ C_{ij}=(-1)^{i+j}M_{ij} \]

\(3\times3\) işaret düzeni:

\[ \begin{bmatrix} +&-&+\\ -&+&-\\ +&-&+ \end{bmatrix} \]

Kofaktör Açılımı

Herhangi bir \(i\). satır boyunca:

\[ \det(A)=\sum_{j=1}^{n}a_{ij}C_{ij} \]

Herhangi bir \(j\). sütun boyunca:

\[ \det(A)=\sum_{i=1}^{n}a_{ij}C_{ij} \]

\(3\times3\) Örnek

\[ A=\begin{bmatrix} 1&2&0\\ 3&-1&2\\ 0&4&1 \end{bmatrix} \]

Birinci satır boyunca:

\[ \det(A)= 1\begin{vmatrix}-1&2\\4&1\end{vmatrix} -2\begin{vmatrix}3&2\\0&1\end{vmatrix} +0\begin{vmatrix}3&-1\\0&4\end{vmatrix} \]

\(3\times3\) Örnek: Adımlar

\[ \begin{vmatrix}-1&2\\4&1\end{vmatrix}=(-1)(1)-2(4)=-9 \]

\[ \begin{vmatrix}3&2\\0&1\end{vmatrix}=3(1)-2(0)=3 \]

\[ \det(A)=1(-9)-2(3)+0=\boxed{-15} \]

Üçgensel ve Köşegen Matrisler

\(A\) üst ya da alt üçgensel ise:

\[ \boxed{\det(A)=a_{11}a_{22}\cdots a_{nn}} \]

Bu özellik köşegen matrisler için de geçerlidir.

İki Uç Durum: \(I_n\) ve \(0_{n\times n}\)

\[ \boxed{\det(I_n)=1} \qquad \boxed{\det(0_{n\times n})=0} \]

\[ \det\begin{bmatrix}2&4&1\\0&-3&5\\0&0&7\end{bmatrix}=2(-3)(7)=-42 \]

Satır İşlemlerinin Etkisi

Satır işlemi Determinant etkisi
\(R_i\leftrightarrow R_j\) işaret değişir
\(R_i\leftarrow cR_i\) \(c\) ile çarpılır
\(R_i\leftarrow R_i+cR_j\) değişmez

Eliminasyonla Determinant

Satır ekleme işlemleriyle \(A\) üst üçgensel \(U\) matrisine dönüştürülsün.

Satır değiştirme ve ölçekleme yoksa:

\[ \det(A)=\det(U)=\prod_{i=1}^{n}u_{ii} \]

Temel Determinant Özellikleri

\[ \det(A^T)=\det(A) \]

\[ \det(AB)=\det(A)\det(B) \]

\(A\) tersinir ise:

\[ \det(A^{-1})=\frac1{\det(A)} \]

Skalerle Çarpma

\(A\in\mathbb{R}^{n\times n}\) için:

\[ \boxed{\det(cA)=c^n\det(A)} \]

Genel olarak \(c\det(A)\) değildir.

Toplam İçin Dağılma Yoktur

Genel olarak:

\[ \boxed{\det(A+B)\neq\det(A)+\det(B)} \]

Örnek:

\[ A=B=I_2 \]

\[ \det(A+B)=\det(2I_2)=4\neq2 \]

Sık Yapılan Hatalar: Determinant

  1. Kare olmayan bir matrisin determinantını almaya çalışmak.
  2. \(2\times2\) formülünde sırayı karıştırmak.
  3. Kofaktör işaretlerini unutmak.
  4. Determinantı matris sanmak.
  5. \(\det(A+B)\) için çarpımdaki gibi bir kural kullanmak.
  6. \(\det(cA)=c\det(A)\) yazmak.

Cramer Kuralı İçin Koşullar

\[ Ax=b \]

Cramer kuralı yalnızca:

  1. \(A\) kare ise,
  2. \(\det(A)\neq0\) ise

uygulanır.

Sütun Değiştirme Matrisleri

\(A_i\): \(A\)’nın \(i\). sütunu \(b\) ile değiştirilmiş matris.

\[ \boxed{x_i=\frac{\det(A_i)}{\det(A)}} \]

Cramer Örneği

\[ \begin{aligned} 2x_1+x_2&=5,\\ x_1-x_2&=1 \end{aligned} \]

\[ A=\begin{bmatrix}2&1\\1&-1\end{bmatrix},\qquad b=\begin{bmatrix}5\\1\end{bmatrix} \]

\[ \det(A)=-3 \]

Cramer Örneği: Çözüm

\[ A_1=\begin{bmatrix}5&1\\1&-1\end{bmatrix},\qquad \det(A_1)=-6 \]

\[ A_2=\begin{bmatrix}2&5\\1&1\end{bmatrix},\qquad \det(A_2)=-3 \]

\[ \boxed{x_1=2,\qquad x_2=1} \]

\(3\times3\) Cramer Örneği

\[ \begin{aligned} x_1+x_2+x_3&=6,\\ x_2+x_3&=5,\\ x_3&=3 \end{aligned} \qquad A=\begin{bmatrix}1&1&1\\0&1&1\\0&0&1\end{bmatrix}, \quad \det(A)=1 \]

\[ \det(A_1)=1,\qquad \det(A_2)=2,\qquad \det(A_3)=3 \]

\[ \boxed{x_1=1,\qquad x_2=2,\qquad x_3=3} \]

\(\det(A)=0\) Ne Söylemez?

\[ \det(A)=0 \]

yalnızca \(A\)’nın tersinir olmadığını söyler.

\(Ax=b\) sistemi:

  • çözümsüz olabilir,
  • sonsuz çözümlü olabilir.

Gauss mu, Cramer mı?

Gauss eliminasyonu Cramer kuralı
kare/dikdörtgensel sistemler yalnız kare sistemler
bütün çözüm durumları yalnız \(\det(A)\neq0\)
genel hesap yöntemi özel kapalı formül
rank ve serbest değişkenleri gösterir değişkenleri determinant oranıyla verir

Kare Matriste Bağımsızlık Ölçütü

\(A=[a_1\ \cdots\ a_n]\in\mathbb{R}^{n\times n}\) için:

\[ \boxed{a_1,\ldots,a_n\text{ bağımsız} \iff\det(A)\neq0} \]

İlk Bloğun Ortak Haritası

\[ \begin{array}{c} \det(A)\neq0\\ \Updownarrow\\ A\text{ tersinir}\\ \Updownarrow\\ \operatorname{rank}(A)=n\\ \Updownarrow\\ Ax=0\text{ yalnız trivial çözümlü}\\ \Updownarrow\\ A\text{ sütunları lineer bağımsız} \end{array} \]