Wählen Sie die Größe der Matrix (2×2 bis 4×4) und tragen Sie die Elemente in das Raster ein. Eine Determinante gibt es nur für eine quadratische Matrix (Zeilenzahl = Spaltenzahl).
Inhaltsverzeichnis
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Das können Sie auf dieser Seite
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Wofür braucht man diese Berechnung?
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Anleitung
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Formel
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Symbole und Begriffe
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Das sollten Sie vorher wissen
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So berechnen Sie es in Excel
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So berechnen Sie es in Google Tabellen
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So berechnen Sie es in Python
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So schreiben Sie die Formel in LaTeX und anderen Formelsprachen (zum Kopieren)
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So lassen Sie ChatGPT rechnen
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Die Vorteile von DataChef
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Das können Sie auf dieser Seite
- Berechnet sofort die Determinante \(\det(A)\) einer 2×2-, 3×3- oder 4×4-Matrix (quadratische Matrix)
- Der Rechenweg folgt den Verfahren aus dem Lehrbuch: „\(ad - bc\)“ bei 2×2, die Regel von Sarrus bei 3×3 und der Laplacesche Entwicklungssatz bei 4×4
- Außerdem erfahren Sie, ob die Matrix invertierbar ist: Bei \(\det(A) \neq 0\) gibt es eine inverse Matrix
- Dazu finden Sie eine leicht verständliche Erklärung der Formeln sowie Formeln zum Kopieren für Excel, Google Tabellen (MDET) und Python
Wofür braucht man diese Berechnung?
Hat ein lineares Gleichungssystem gleich viele Gleichungen wie Unbekannte und ist die Determinante der quadratischen Matrix der Koeffizienten nicht 0, gibt es genau eine Lösung. Ist die Determinante 0, gibt es entweder keine oder unendlich viele Lösungen.
Mit der Cramerschen Regel lässt sich die Lösung sogar allein durch Quotienten von Determinanten angeben. Das gehört zur Theorie hinter technischen Berechnungen mit riesigen Gleichungssystemen, etwa in der Statik oder der Netzwerkberechnung von Stromkreisen.
Bildet man eine ebene Figur mit einer 2×2-Matrix ab (drehen, strecken oder stauchen, scheren), wird ihre Fläche genau mit \(|\det(A)|\) multipliziert. Bei einem Körper und einer 3×3-Matrix wird das Volumen mit \(|\det(A)|\) multipliziert.
Diese Rolle als Streckfaktor taucht in der Analysis im Studium wieder auf – als Korrekturfaktor bei der Substitution in Mehrfachintegralen (Jacobi- oder Funktionaldeterminante) – und wird überall in Naturwissenschaft und Technik genutzt.
3D-Grafiksoftware und Spiel-Engines transformieren Modelle mit Matrizen. Ist die Determinante einer Transformationsmatrix negativ, spiegelt die Transformation das Modell, und Vorder- und Rückseite jeder Fläche (die Richtung ihres Normalenvektors) werden vertauscht.
Deshalb prüft Grafiksoftware das Vorzeichen der Determinante, erkennt so das Umklappen und korrigiert es, damit die Darstellung nicht kaputtgeht.
Kennt man die Koordinaten der Eckpunkte eines Dreiecks, ist seine Fläche die Hälfte des Betrags einer Determinante aus diesen Koordinaten. Auf Vielecke erweitert heißt das Gaußsche Trapezformel (gaußsche Flächenformel) – ein Standardverfahren für Grundstücksflächen in der Vermessung und in Kartensoftware (GIS).
Das Geheimnis hinter „Koordinaten eingeben, Fläche erhalten“ ist genau die Determinante.
Die Schwingungsanalyse, die untersucht, wie ein Gebäude oder eine Maschine zu schwingen neigt, und die Hauptkomponentenanalyse, die die wichtigsten Trends aus großen Datenmengen herausholt, nutzen beide besondere Werte einer Matrix, die Eigenwerte.
Eigenwerte bestimmt man aus der Gleichung „finde \(\lambda\) mit \(\det(A - \lambda E) = 0\)“ (dem charakteristischen Polynom; \(E\) ist die Einheitsmatrix). Die Determinante ist also auch das Tor zu diesem weiterführenden Werkzeug.
Formel
Symbole und Begriffe
Symbole
| \(A\) | A | Der Name einer Matrix. Üblicherweise bezeichnet man Matrizen mit Großbuchstaben. |
| \(\det(A),\ |A|\) | Determinante von A | Die Determinante der Matrix \(A\). Die Schreibweise mit senkrechten Strichen \(|A|\) ist ebenso üblich (dasselbe Zeichen wie der Betrag einer Zahl, um eine Matrix bedeutet es aber die Determinante). |
| \(a_{ij}\) | a i j | Das Element der Matrix \(A\) in Zeile \(i\), Spalte \(j\) (die Zahl in der \(i\)-ten Zeile von oben und der \(j\)-ten Spalte von links). Die kleinen Buchstaben rechts unten (die Indizes) geben die Position an – „Zeile zuerst, Spalte später“. |
| \(M_{ij}\) | M i j | Eine Unterdeterminante: die Determinante der um eins kleineren Matrix, die nach dem Streichen von Zeile \(i\) und Spalte \(j\) aus \(A\) übrig bleibt. |
| \((-1)^{i+j}\) | minus 1 hoch i plus j | Das Vorzeichen beim Laplaceschen Entwicklungssatz. Es ist \(+1\), wenn \(i+j\) gerade ist, und \(-1\), wenn \(i+j\) ungerade ist – + und − wechseln wie auf einem Schachbrett, mit „+“ links oben. |
| \(\sum\) | Summenzeichen (Sigma) | Das Zeichen für „alles addieren“. \(\sum_{j=1}^{n}\) bedeutet: die Summanden für jedes \(j\) von 1 bis \(n\) addieren. |
Begriffe
| Determinante | Eine Zahl, die zu einer quadratischen Matrix gehört. Sie fasst wichtige Eigenschaften der Matrix in einer Zahl zusammen (ob es eine Inverse gibt, um welchen Faktor eine Abbildung Flächen oder Volumen verändert usw.). |
| quadratische Matrix | Eine Matrix mit gleich vielen Zeilen und Spalten (quadratisch). Determinanten und Inverse gibt es nur für quadratische Matrizen. |
| Regel von Sarrus | Ein Verfahren, eine 3×3-Determinante durch Addieren und Subtrahieren der Produkte entlang von 6 Diagonalen zu berechnen, im Unterricht auch „Jägerzaunregel“ genannt. Benannt nach dem französischen Mathematiker Pierre Frédéric Sarrus; sie gilt nur für 3×3-Matrizen. |
| Laplacescher Entwicklungssatz | Ein Verfahren, das eine Determinante in eine Summe aus „Element × Unterdeterminante × Vorzeichen“ (also „Element × Kofaktor“) zerlegt und so auf Determinanten zurückführt, die eine Nummer kleiner sind. Auch Laplace-Entwicklung oder Entwicklung nach einer Zeile (Spalte) genannt; damit berechnet man auch Determinanten ab 4×4. |
| Unterdeterminante (Minor) | Die Determinante der kleineren Matrix, die nach dem Streichen einer Zeile und einer Spalte übrig bleibt. Sie ist ein Baustein des Laplaceschen Entwicklungssatzes. |
| Kofaktor (algebraisches Komplement) | Eine Unterdeterminante \(M_{ij}\), multipliziert mit dem Vorzeichen \((-1)^{i+j}\). Die Laplace-Entwicklung ist genau die Summe „Element × Kofaktor“ entlang einer Zeile oder Spalte (im Englischen heißt sie deshalb cofactor expansion). |
| invertierbar (regulär) | Eine quadratische Matrix heißt invertierbar (oder regulär), wenn ihre Determinante nicht 0 ist; sie hat dann eine Inverse. Eine Matrix mit der Determinante 0 heißt singulär und hat keine Inverse. |
| inverse Matrix | Die Matrix, die multipliziert die Einheitsmatrix ergibt (1 auf der Hauptdiagonale, sonst 0). Sie ist das Gegenstück zum Kehrwert einer Zahl und wird \(A^{-1}\) geschrieben. Es gibt sie nur, wenn die Determinante nicht 0 ist. |
| lineare Algebra | Das Teilgebiet der Mathematik, das sich mit Matrizen und Vektoren beschäftigt. Im Studium ist es meist eine Pflichtvorlesung der ersten Semester und die Grundlage für Computergrafik, Statistik, KI und vieles mehr. |
Das sollten Sie vorher wissen
Hier steht, was Ihnen hilft, die Berechnung auf dieser Seite wirklich zu verstehen – nicht nur auf den Knopf zu drücken.
| Grundrechenarten mit negativen Zahlen (Klasse 6–7, 11–13 Jahre) |
|
| Variablen und Indizes (Klasse 5 bis Oberstufe, 10–18 Jahre) |
|
| Potenzen und Vorzeichen (Klasse 6–7, 11–13 Jahre) |
|
| Grundlagen der Matrizen (Oberstufe bzw. lineare Algebra im Studium) |
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So berechnen Sie es in Excel
| Zeile 1 von Matrix A | 4 | 7 |
| Zeile 2 von Matrix A | 2 | 6 |
| Determinante det(A) | =MDET(B1:C2) |
| Zeile 1 von Matrix A | 1 | 0 | 2 |
| Zeile 2 von Matrix A | -1 | 3 | 1 |
| Zeile 3 von Matrix A | 1 | 1 | 1 |
| Determinante det(A) | =MDET(B1:D3) |
| Zeile 1 von Matrix A | 1 | 2 | 0 | 1 |
| Zeile 2 von Matrix A | 0 | 1 | 3 | 2 |
| Zeile 3 von Matrix A | 2 | 0 | 1 | 1 |
| Zeile 4 von Matrix A | 1 | 1 | 0 | 2 |
| Determinante det(A) | =MDET(B1:E4) |
Die erste Tabelle ergibt 10, die zweite -6 und die dritte 18.
Liefert MDET den Wert 0, hat die Matrix keine Inverse (die Funktion MINV, die die Inverse berechnet, gibt dann einen Fehler aus).
So berechnen Sie es in Google Tabellen
| Zeile 1 von Matrix A | 4 | 7 |
| Zeile 2 von Matrix A | 2 | 6 |
| Determinante det(A) | =MDET(B1:C2) |
| Zeile 1 von Matrix A | 1 | 0 | 2 |
| Zeile 2 von Matrix A | -1 | 3 | 1 |
| Zeile 3 von Matrix A | 1 | 1 | 1 |
| Determinante det(A) | =MDET(B1:D3) |
Die erste Tabelle ergibt 10, die zweite -6.
So berechnen Sie es in Python
A = [[1, 0, 2], [-1, 3, 1], [1, 1, 1]]
def determinant(matrix): # Laplace-Entwicklung (rekursiv nach der 1. Zeile)
n = len(matrix)
if n == 1:
return matrix[0][0]
total = 0
for j in range(n):
minor = [row[:j] + row[j + 1:] for row in matrix[1:]] # Untermatrix ohne Zeile 1 und Spalte j
total += (-1) ** j * matrix[0][j] * determinant(minor)
return total
print("det(A) =", determinant(A))
So schreiben Sie die Formel in LaTeX und anderen Formelsprachen (zum Kopieren)
|A| = ad − bc
\det(A) = \begin{vmatrix} a & b \\ c & d \end{vmatrix} = ad - bc
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>det</mi><mo>⁡</mo><mrow><mo>(</mo><mi>A</mi><mo>)</mo></mrow>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi><mi>d</mi>
<mo>-</mo>
<mi>b</mi><mi>c</mi>
</mrow>
</math>
det(A) = |(a, b), (c, d)| = ad - bc
Det[{{a, b}, {c, d}}]
LinearAlgebra:-Determinant(Matrix([[a, b], [c, d]]));
d = det(A);
det(A) = ad − bc
|A| = aei + bfg + cdh − ceg − afh − bdi
\det(A) = aei + bfg + cdh - ceg - afh - bdi
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>det</mi><mo>⁡</mo><mrow><mo>(</mo><mi>A</mi><mo>)</mo></mrow>
<mo>=</mo>
<mi>a</mi><mi>e</mi><mi>i</mi>
<mo>+</mo>
<mi>b</mi><mi>f</mi><mi>g</mi>
<mo>+</mo>
<mi>c</mi><mi>d</mi><mi>h</mi>
<mo>-</mo>
<mi>c</mi><mi>e</mi><mi>g</mi>
<mo>-</mo>
<mi>a</mi><mi>f</mi><mi>h</mi>
<mo>-</mo>
<mi>b</mi><mi>d</mi><mi>i</mi>
</mrow>
</math>
det(A) = aei + bfg + cdh - ceg - afh - bdi
Det[{{a, b, c}, {d, e, f}, {g, h, i}}]
LinearAlgebra:-Determinant(Matrix([[a, b, c], [d, e, f], [g, h, i]]));
d = det(A);
det(A) = aei + bfg + cdh − ceg − afh − bdi
det(A) = Σ (−1)¹⁺ʲ a₁ⱼ M₁ⱼ (j = 1 bis n)
\det(A) = \sum_{j=1}^{n} (-1)^{1+j} a_{1j} M_{1j}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>det</mi><mo>⁡</mo><mrow><mo>(</mo><mi>A</mi><mo>)</mo></mrow>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>∑</mo>
<mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msup>
<mrow><mo>(</mo><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow>
<mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><mi>j</mi></mrow>
</msup>
<msub><mi>a</mi><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow></msub>
<msub><mi>M</mi><mrow><mn>1</mn><mi>j</mi></mrow></msub>
</mrow>
</math>
det(A) = sum_(j=1)^(n) (-1)^(1+j) a_(1j) M_(1j)
Det[A]
LinearAlgebra:-Determinant(A);
d = det(A);
det(A) = ∑_(j=1)^n (−1)^(1+j) a_1j M_1j
So lassen Sie ChatGPT rechnen
Sie sind ein Rechenassistent für Matrizen. Führen Sie die folgende Berechnung aus, indem Sie tatsächlich Python-Code ausführen, und stützen Sie Ihre Antwort nur auf die Zahlen aus dem Ausführungsergebnis (nicht im Kopf rechnen und nicht schätzen). Bestimmen Sie die Determinante (det) der folgenden beiden quadratischen Matrizen (zeilenweise geschrieben). 1. A = [[1, 0, 2], [-1, 3, 1], [1, 1, 1]] 2. B = [[1, 2], [2, 4]] Geben Sie jeweils den Wert der Determinante an und ob die Matrix invertierbar ist (ob die Determinante ungleich 0 ist, also ob es eine inverse Matrix gibt). Antworten Sie auf Deutsch.
Anleitung
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1Werte eingebenTragen Sie die Zahlen, mit denen Sie rechnen möchten, in die Eingabefelder ein
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2BerechnenKlicken Sie auf die Schaltfläche „Berechnen“
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3Ergebnis ansehenDas Ergebnis erscheint sofort. Auf derselben Seite finden Sie auch den Rechenweg und die Erklärung der Formel
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