Формула Лейбница для определителей

Формула Лейбница — выражение для определителя квадратной матрицы размера через перестановки её элементов:

где  — функция знака перестановки в группе перестановок , которая возвращает +1 или −1 для чётных и нечётных перестановок соответственно.

С использованием символа Леви-Чивиты и соглашений о суммировании Эйнштейна:

.

Названа в честь Готфрида Лейбница, который ввёл понятие определителя и способ его вычисления в 1678 году.

Единственная знакопеременная мультилинейная функция, обращающаяся в единицу на единичной матрице — это функция, определённая формулой Лейбница[1]; таким образом, определитель может быть однозначно определён как знакопеременная мультилинейная функция, полилинейная относительно столбцов, обращающаяся в единицу на единичной матрице.

Вычислительная сложность

Прямое вычисление по формуле Лейбница требует в общем случае операций, то есть, число операций асимптотически пропорционально факториалу (числу упорядоченных перестановок из элементов). Для больших определитель можно вычислить за операций путём формирования LU-разложения (обычно получаемого с помощью метода Гаусса или аналогичных методов), и в этом случае , а определители треугольных матриц и  равняются произведениям диагональных элементов матриц. (В практических приложениях вычислительной линейной алгебры, однако, явное вычисление определителя используется редко[2]).

Литература

  1. Lang, 2004, с. 148 Theorem 2.3.
  2. Trefethen & Bau, 1997.