Cramer's Rule
是线性代数中一个关于求解线性方程组的基本定理,适用于求解变量和方程数目相等的线性方程组。
对于多于两个或三个方程的系统,在计算上非常低效,它的意义主要在于它给出了方程组解与系数的明显关系。
假设线性方程组表示为:
系统矩阵的行列式为:
将解向量替换对应列得到的矩阵的行列式为:
求方程组中的 元素,
- 将系数矩阵 的第 列换为解向量得到矩阵
- 计算 和 的行列式,得到
也即:
AI 结构化补充(2026-05-02)
Cramer's Rule
定义
克拉默法则是用行列式显式求解方阵线性方程组的方法。设
其中 是 的第 列。若 ,令
即把 的第 列替换为右端向量 后得到的矩阵,则唯一解 满足
这个公式只适用于方程数与未知数相等、且系数矩阵可逆的情形。若 ,分母为零,方程组可能无解或有无穷多解,不能用克拉默法则直接求解。
推导
核心想法是把 放入单位矩阵的一列,再利用行列式的乘法公式。先看第一列:把 的第一列替换为 ,所得矩阵的行列式就是 。左乘 后,第一列变成
其余列仍是 的对应列,因此
两边取行列式:
把同样的替换放在第 列,就得到一般公式 。
例子
求解
这里
三个行列式分别是
也就是 ,,。
因此
直接检验:
性质
克拉默法则把解的每个坐标写成两个行列式的比值。分母 衡量原列组形成的有向体积是否非零;分子 则把第 个方向换成右端 后重新测量这个有向体积。
它还解释了逆矩阵的余子式公式的来源。若要求 ,就是同时求解
当右端是单位矩阵的某一列时,克拉默法则分子中的列替换行列式会退化为 的代数余子式。这就是逆矩阵元素最终由余子式给出的原因。
计算边界
对 系统,克拉默法则需要计算 个行列式:一个 和 个 。若每个行列式都按排列“大公式”展开,每个有 项,总项数达到
因此它不是大型数值线性方程组的高效算法。实际数值求解通常使用消元、分解或迭代方法;克拉默法则的价值主要在于低阶手算、显式符号公式和理论证明。
理论位置
克拉默法则位于线性方程组、行列式与逆矩阵之间:它从 出发,用列替换行列式表达 的各个分量。它依赖 ,所以也直接服务于可逆矩阵与奇异矩阵的分界。