行列式の微分
$ \mathrm d\det\bm A=(\det\bm A){{\bm A}^\top}^{-1}:\mathrm d\bm A
行列式の微分は、余因子行列(余因子dyadic)と元の行列(tensor)の微分との二重縮合で表現される
ちなみに$ \mathrm d\ln\det\bm A={{\bm A}^\top}^{-1}:\mathrm d\bm Aとも書ける
2次元のとき
$ \mathrm d\det\bm A=\mathrm d(A_{00}A_{11}-A_{01}A_{10})
$ =(\mathrm d A_{00})A_{11}+A_{00}\mathrm dA_{11}-(\mathrm d A_{01})A_{10}-A_{01}\mathrm dA_{10}
$ = \begin{pmatrix}A_{11}&-A_{10}\\-A_{01}&A_{00}\end{pmatrix}:\mathrm d\begin{pmatrix}A_{00}&A_{01}\\A_{10}&A_{11}\end{pmatrix}
$ = (\det\bm A){{\bm A}^\top}^{-1}:\mathrm d\bm A
一般の導出
余因子展開を使った方法
https://eman-physics.net/relativity/detdif.html
固有値を使った方法
cf. 『非線形有限要素法のための連続体力学(第2版)』 2.3.4節 (p.60)
$ \mathrm d\det\bm A=\det(\bm A+\mathrm d\bm A)-\det\bm A
$ =\det(\bm A\cdot(\bm I+{\bm A}^{-1}\cdot\mathrm d\bm A))-\det\bm A
$ = (\det\bm A)(\det(\bm I+\bm A^{-1}\cdot\mathrm d\bm A)-1)
$ = (\det\bm A)(\det(\bm I+\bm A^{-1}\cdot(\bm 0+\mathrm d\bm A))-\det(\bm I+\bm A^{-1}\cdot\bm0))
$ = (\det\bm A)\left.\frac{\mathrm d}{\mathrm d\epsilon}\det(\bm I+\bm A^{-1}\cdot\epsilon d\bm A)\right|_{\epsilon=0}
$ = (\det\bm A)\left.\frac{\mathrm d}{\mathrm d\epsilon}\prod_i\left(\epsilon\lambda_i^{{\bm A}^{-1}\cdot\mathrm d\bm A}-(-1)\right)\right|_{\epsilon=0}
$ \bm Bの固有値を$ \lambda_i^{\bm B}とすると、$ \det(\bm B-\lambda\bm I)=\prod_i(\lambda_i^{\bm B}-\lambda)と書けることを用いた
$ = (\det\bm A)\left.\sum_j\lambda_j^{{\bm A}^{-1}\cdot\mathrm d\bm A}\prod_{i\neq j}\left(1+\epsilon\lambda_i^{{\bm A}^{-1}\cdot\mathrm d\bm A}\right)\right|_{\epsilon=0}
$ = (\det\bm A)\sum_j\lambda_j^{{\bm A}^{-1}\cdot\mathrm d\bm A}
$ = (\det\bm A)\mathrm{tr}\left({\bm A}^{-1}\cdot\mathrm d\bm A\right)
$ \underline{=(\det\bm A){{\bm A}^\top}^{-1}:\mathrm d\bm A\quad}_\blacksquare
#2025-05-15 10:11:42 s/pmb/bm/g
#2023-10-28 06:53:12
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