逆行列の求め方|2 次の公式と 3 次の掃き出し法
次には公式があります。対角を入れ替え、非対角に を付け、行列式で割るだけ。
次以上では公式が重くなるので、 を掃き出して にする手順を使います[2]。
以下 12 問。 次の公式、 次の掃き出し、余因子による方法、逆行列が存在しない場合まで並べました。
掃き出しで求める仕組み
に行基本変形を重ねて にできたとします。その変形は基本行列の積 で書け、 より です[2]。
同じ変形を右半分の にも当てると、 が現れます。だから並べて変形すれば、右半分に答えが出る。
左半分が にならなければ、 は正則ではありません。行がすべて になった時点で終わりです。
問題 1
。公式に入れます。
検算します。 の 成分は 、 成分は 。単位行列になります。
問題 2
。分母が負なので、符号がすべて反転します。
を掛け忘れると、符号が逆になります。ここが落とし穴です。
問題 3
掃き出し法で求めてください。
を作り、第 3 行から第 1 行を引きます。第 3 行が になります。
次に第 3 行へ第 2 行の 倍を足すと 。左半分が上三角になりました。
第 3 行を で割り、上へ掃き出します。
なので、分母と合っています。
問題 4
次の行列に逆行列がないことを示してください。
行列式を計算します。
なので逆行列は存在しません。理由も見えます。第 2 行と第 3 行を足すと で、第 1 行に一致する。
掃き出しても同じ結論に着きます。第 1 行から第 2 行と第 3 行を引くと、第 1 行が全部 になり、左半分を にできません。
問題 5
対角が の下三角行列です。逆行列も同じ形になります。
第 3 行を確かめます。 と第 1 列 の内積は 。第 3 列との内積は で合います。
成分が ではなく になる点に手応えがあります。第 2 行の影響が回り込むためです。
問題 6
対角行列なので、各成分の逆数を並べるだけ。
対角成分に があると逆数がとれません。それがそのまま に対応します。

問題 7
次の逆行列と、存在する条件を求めてください。
。これが でない条件は です。
なら 行が同じ、 なら一方が他方の 倍。どちらも行が一次従属になります。
問題 8
を確かめてください。
を計算すると 、、 です。。
一方 を計算すると、同じ行列が出ます。順番が入れ替わる点が要点です。
では一致しません。積の逆行列は、掛ける順番が逆になります[1]。
問題 9
余因子行列を使って求めてください。
。
余因子を並べて転置します。この は対称なので、余因子行列も対称になります。
第 2 行で確かめます。 と第 2 列 の内積は 。 で割って になります[3]。
問題 10
逆行列を使って連立方程式を解いてください。
係数行列は問題 1 の です。 で求まります。
、。代入すると で合います。
方程式が 1 本なら掃き出しのほうが速い。右辺だけ変えて何度も解くときに、逆行列が生きます。
問題 11
と を、問題 1 の で確かめてください。
問題 1 で求めた の行列式は です。
公式を当てると、対角を入れ替えて 倍することになり、もとの に戻ります。
転置のほうは、 の逆行列を計算すると を転置した形になります[1]。 なので分母も同じです。
問題 12
対角が の上三角なので、。逆行列も上三角になります。
成分が になるところが面白い。 が 2 回打ち消し合うためです。
公式が短い。対角の入れ替えと符号だけで書ける
掃き出しか余因子。余因子は 個の小行列式が要るので、次数が上がると掃き出しが速い
を先に確かめる
次なら公式、 次以上なら掃き出し
で検算する
の行列 について、正しいのはどれですか。
- 逆行列は 行列になる
- 逆行列が存在しない
- 逆行列は転置になる
順番の規則も確かめます。
、 がどちらも正則のとき、 はどれですか。
となって確かめられます。 では真ん中が打ち消し合わず、一般に になりません。
次は公式、 次以上は掃き出し。どちらでも最後に を計算すれば、符号や分母のずれがその場で見つかります。












AA−1=I の両辺の行列式をとると detA⋅detA−1=1 です。detA=0 では左辺が 0 になり、等式が成り立ちません。掃き出しでも左半分が単位行列になりません。