Determinant ve Cramer Kuralı
MATE 213 — Lineer Cebir
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
| \(R_i\leftrightarrow R_j\) |
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
- Kare olmayan bir matrisin determinantını almaya çalışmak.
- \(2\times2\) formülünde sırayı karıştırmak.
- Kofaktör işaretlerini unutmak.
- Determinantı matris sanmak.
- \(\det(A+B)\) için çarpımdaki gibi bir kural kullanmak.
- \(\det(cA)=c\det(A)\) yazmak.
Cramer Kuralı İçin Koşullar
\[
Ax=b
\]
Cramer kuralı yalnızca:
- \(A\) kare ise,
- \(\det(A)\neq0\) 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?
| 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
\[
\begin{array}{c}
\det(A)\neq0\\
\Updownarrow\\
A\text{ tersinir}\\
\Updownarrow\\
\operatorname{rank}(A)=n\\
\Updownarrow\\
Ax=0\text{ yalnız trivial çözümlü}\\
\Updownarrow\\
A\text{ sütunları lineer bağımsız}
\end{array}
\]