Matrix-Determinante Rechner 2x2, 3x3 und Cramer-Regel
Berechne die Determinante von 2×2- und 3×3-Matrizen, die Spur, und löse lineare Gleichungssysteme mit der Cramer-Regel. Kofaktoren, Sarrus und Laplace.
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Haftungsausschluss: Diese Berechnung ist rein indikativ. Für wichtige Entscheidungen konsultieren Sie einen Fachmann.
Determinante einer quadratischen Matrix
Die Determinante ist ein Skalar, der einer quadratischen Matrix zugeordnet ist und wichtige geometrische und algebraische Informationen kodiert. Bezeichnet mit det(A), |A| oder Δ. Geometrisch: vorzeichenbehaftete Fläche des Parallelogramms (2D), Volumen des Spats (3D), Volumenskalierungsfaktor der zugehörigen linearen Abbildung. Ist det(A) = 0, ist die Matrix singulär: nicht invertierbar, linear abhängige Zeilen.
2×2-Determinante
Für A = [[a, b], [c, d]]: det(A) = ad − bc. Beispiel: det([[3, 2], [1, 4]]) = 10; det([[2, 4], [1, 2]]) = 0 (proportionale Zeilen).
3×3-Determinante (Regel von Sarrus)
det = a₁₁a₂₂a₃₃ + a₁₂a₂₃a₃₁ + a₁₃a₂₁a₃₂ − a₁₃a₂₂a₃₁ − a₁₁a₂₃a₃₂ − a₁₂a₂₁a₃₃. Merkregel: die ersten beiden Spalten rechts verdoppeln und sechs Diagonalen betrachten.
Laplace-Entwicklung
det(A) = Σⱼ(−1)^(i+j)·a_{ij}·M_{ij}, wobei M_{ij} der Minor ist. Reduziert das Problem rekursiv auf Ordnung (n−1).
Eigenschaften
- det(I) = 1.
- det(AB) = det(A)·det(B) (Satz von Binet).
- det(Aᵀ) = det(A).
- det(A⁻¹) = 1/det(A).
- Zeilenvertauschung: Vorzeichenwechsel.
- Linear abhängige Zeilen → det = 0.
Cramer-Regel
Für A·x = b mit det(A) ≠ 0: x_i = det(A_i)/det(A), wobei A_i aus A entsteht, indem die i-te Spalte durch b ersetzt wird. Beispiel 2×2: 2x + y = 5, x + 3y = 8 → x = 7/5 = 1,4; y = 11/5 = 2,2.
Effizienz
Cramer ist elegant, aber bei großem n ineffizient: O(n^4) gegenüber O(n³) für das Gauß-Verfahren. Für n ≥ 4 besser Gauß/LU verwenden.
Bedienung
Modi: 2×2-Determinante, 3×3-Determinante, Cramer 2×2, Cramer 3×3. Rechner liefert Determinante, Spur und meldet singuläre Matrizen.
Geometrische Deutung
|det| = Volumenskalierungsfaktor. Drehmatrizen: det = +1; Spiegelungen: det = −1; Projektionen: det = 0. Die Jacobi-Determinante tritt bei Variablensubstitution in Mehrfachintegralen auf.
Determinante, Eigenwerte und charakteristisches Polynom
Für eine 2×2-Matrix lautet das charakteristische Polynom λ² − tr(A)λ + det(A) = 0: Die Summe der Eigenwerte ist die Spur, ihr Produkt die Determinante. Die beiden vom Rechner ausgegebenen Werte sind damit ein schnelles Diagnosewerkzeug: Eine Determinante von null bedeutet mindestens einen Eigenwert null, eine negative Determinante garantiert zwei reelle Eigenwerte mit entgegengesetztem Vorzeichen.
Numerische Hinweise
Bei Koeffizienten sehr unterschiedlicher Größenordnung empfiehlt es sich, die Daten zu normieren oder eine partielle Pivotisierung anzuwenden, um Präzisionsverlust zu vermeiden. Die Ergebnisse des Rechners liegen in IEEE-754-Doppelgenauigkeit vor (~15 signifikante Stellen). Eine Determinante nahe null (|det| < 10⁻¹²) gilt als numerisch singulär und wird entsprechend markiert.
Praktische Anwendungen
Determinanten treten überall dort auf, wo lineare Gleichungssysteme vorkommen: in der Netzwerkanalyse der Elektrotechnik, bei Steifigkeitsmatrizen im Bauingenieurwesen, in der Computergrafik (Orientierungstest einer Transformation) und bei Jacobi-Matrizen in Physik und Ökonomie. Die 1750 von Gabriel Cramer veröffentlichte Cramer-Regel ist bis heute die Standard-Lösungsformel für die hier behandelten 2×2- und 3×3-Systeme.
Aktualisiert im Juli 2026
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