${\rm \bf A}$ sei eine quadratische Matrix. Dann gilt \begin{equation*} \det(\mathbf{A}) = \vert \mathbf{A} \vert = \sum\limits_{P(j)} (-1)^{I(j)} \cdot a_{1j_1} \ \cdot a_{2j_2}\cdot \ldots \cdot a_{nj_n} \end{equation*}

wobei über alle möglichen Permutationen der Zahlen 1 bis $n$ \begin{equation*} %\label{XYZ} P(j) = (j_1, \dots , j_n) \end{equation*}

summiert wird und $I(j)$ die Anzahl der Inversionen der $j$-ten Permutation ist.

Bemerkung:

Diese Formel kann aus der obigen Definition der Determinanten hergeleitet werden. Sie wird häufig auch zur Definition der Determinanten benutzt, die von uns genutzten Eigenschaften zur Definition der Determinanten können dann aus der Formel geschlossen werden.
1.) Berechnung der Determinanten von $(2, 2)$-Matrizen \begin{equation*} %\label{XYZ} \det(\mathbf{A}) = \vert \mathbf{A} \vert = \begin{vmatrix}a_{11}& a_{12}\\ a_{21}& a_{22}\end{vmatrix} = a_{11} \cdot a_{22} - a_{12} \cdot a_{21}. \end{equation*}
Bestimmung der Determinante einer $(2, 2)$-Matrix. \begin{equation*} \det(\mathbf{A}) = \vert \mathbf{A} \vert = \begin{vmatrix} 3 & 2\\ 3 & 5\\ \end{vmatrix} = +(3\cdot 5) - (3\cdot2) = 9. \end{equation*}

2.) Berechnung der Determinanten von 3 $\times$ 3 Matrizen (Regel von Sarrus) \begin{equation*} \begin{vmatrix} a_{11} &a_{12} &a_{13}\\ a_{21} &a_{22} &a_{23}\\ a_{31} &a_{32} &a_{33} \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} a_{11} &a_{12} &a_{13}\\ a_{21} &a_{22} &a_{23}\\ a_{31} &a_{32} &a_{33} \end{vmatrix} \begin{matrix} a_{11} &a_{12} \\ a_{21} &a_{22} \\ a_{31} &a_{32} \end{matrix} \end{equation*} \begin{equation*} %\label{XYZ} \begin{matrix}= &a_{11} a_{22} a_{33} &+ &a_{12} a_{23} a_{31} &+ &a_{13} a_{21} a_{32}\\ - &a_{13} a_{22} a_{31} &- &a_{11} a_{23} a_{32} &- & a_{12} a_{21} a_{33}. \end{matrix} \end{equation*} Die farblich gekennzeichnete Darstellung deutet dabei an, dass bei der Regel von Sarrus die ersten beiden Spalten der Determinanten zusätzlich rechts neben der Determinanten notiert werden. Dann werden jeweils die Produkte der blau gekennzeichneten Diagonalen addiert und davon die Produkte der rot gekennzeichneten Diagonalen subtrahiert.
Berechnung der Determinanten einer 3 $\times$ 3 Matrizen mit der Regel von Sarrus: \begin{equation*} \vert \mathbf{A} \vert = \begin{vmatrix} 3 & 0 & 2\\ 3 & 1 & 5\\ 3 & 2 & 0\\ \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} 3 &0 &2\\ 3 &1 &5\\ 3 &2 &0 \end{vmatrix} \begin{matrix} 3 & 0 \\ 3 & 1 \\ 3 & 2 \end{matrix} \end{equation*} \begin{equation*} \begin{matrix}= &3\cdot 1\cdot 0 &+ &0\cdot 5\cdot 3 &+ &2\cdot 3\cdot 2\\ - &3\cdot 1\cdot 2 &- &2\cdot 5\cdot 3 &- &0\cdot 3\cdot 0 \end{matrix} \end{equation*} \begin{equation*} =0 + 0 + 2\cdot 3\cdot 2 - 3\cdot 1\cdot 2 - 2\cdot 5\cdot 3 - 0 = -24. \end{equation*}

3.)Entwicklung einer Determinante nach einer Zeile bzw. Spalte.\\ Laut der Linearitätseigenschaft, wird durch die Addition einer beliebigen Linearkombination von Spalten zu einer anderen Spalte der Wert der Determinanten nicht geändert. Entsprechendes gilt für die Zeilenoperationen einer Matrix.

Diese Eigenschaft kann zur Berechnung von Determinanten in der Entwicklung nach einer Zeile bzw. Spalte genutzt werden. Das Vorgehen dabei wird im Folgenden erläutert.

[Minor, Adjunkte]\label{def:adjunkte} ~ ${\rm \bf A}$ sei eine quadratische Matrix. Der Minor von ${\rm \bf A}$ ist dann \begin{equation*} %\label{XYZ} \begin{vmatrix} a_{1 1} &\ldots &a_{1 j-1} &a_{1 j+1} &\ldots &a_{1 n}\\ &&\vdots &\vdots \\ a_{i-1 1} &\ldots &a_{i-1 j-1} &a_{i-1 j+1} &\ldots &a_{i-1 n}\\ a_{i+1 1} &\ldots &a_{i+1 j-1} &a_{i+1 j+1} &\ldots &a_{i+1 n}\\ &&\vdots &\vdots \\ a_{n 1} &\ldots &a_{n j-1} &a_{n j+1} &\ldots &a_{n n}\end{vmatrix} \end{equation*} Der Minor ist also eine Determinante der Matrix, die durch Streichen der Zeile $i$ und Spalte $j$ entsteht. Die Adjunkte $A_{ij}$ ist dann \begin{equation*} %\label{XYZ} A_{ij} = (-1)^{i+j} \begin{vmatrix} a_{1 1} &\ldots &a_{1 j-1} &a_{1 j+1} &\ldots &a_{1 n}\\ &&\vdots &\vdots \\ a_{i-1 1} &\ldots &a_{i-1 j-1} &a_{i-1 j+1} &\ldots &a_{i-1 n}\\ a_{i+1 1} &\ldots &a_{i+1 j-1} &a_{i+1 j+1} &\ldots &a_{i+1 n}\\ &&\vdots &\vdots \\ a_{n 1} &\ldots &a_{n j-1} &a_{n j+1} &\ldots &a_{n n}\end{vmatrix} \end{equation*} Die Adjunkte ist also eine Determinante, die aus dem Minor entsteht, indem mit $(-1)^{i+j}$ multipliziert wird. Die Adjunkte wird auch als Kofaktor bezeichnet.

Bemerkung: Die Vorzeichen $(-1)^{i+j}$ der einzelnen Adjunkten $A_{ij}$ bilden dabei eine Art Schachbrett: \begin{equation*} %\label{XYZ} \begin{vmatrix} + &- &+ &&&&& \\ - &+ &- &&&&& \\ + &- &+ &&&&& \\ &&&&&&& \end{vmatrix} \end{equation*}

a) Entwicklung nach der k-ten Zeile.

Die Entwicklung der Determinanten einer quadratischen Matrix \begin{equation*} %\label{XYZ} \mathbf{A} = \begin{pmatrix} a_{11} &\dots &a_{1m}\\ a_{21} &\dots &a_{2m}\\ \vdots &&\vdots\\ a_{m1} &\dots &a_{mm}\end{pmatrix} \end{equation*} nach der i-ten Zeile ist definiert als \begin{eqnarray*} %\label{XYZ} |A| = a_{i1}A_{i1} + a_{i2}A_{i2} + \ldots + a_{im}A_{im}\\ = \sum\limits_{k=1}^m a_{ik} {\rm \bf A_{ik}}. \end{eqnarray*}
Die folgende Determinante wird nach der 3. Zeile entwickelt: \begin{equation*} %\label{XYZ} A = \begin{vmatrix} 3 & 0 & 2\\ 3 & 1 & 5\\ 3 & 2 & 0\\ \end{vmatrix} = +3\cdot\begin{vmatrix} 0 & 2\\ 1 & 5\\ \end{vmatrix} -2\cdot \begin{vmatrix} 3 & 2\\ 3 & 5\\ \end{vmatrix} +0\cdot \begin{vmatrix} 3 & 0\\ 3 & 1\\ \end{vmatrix} \end{equation*} \begin{equation*} = +3\cdot(0\cdot 5 - 1\cdot2 ) -2\cdot(3\cdot 5 - 3 \cdot 2) = -24. \end{equation*}
Man beachte, dass es in der Regel günstig ist, nach einer Zeile zu entwickeln, die möglichst viele Nullen enthält.

Entwickelt man z.B. nach der ersten Zeile, so ergibt sich $$\begin{vmatrix} a_{11} &&a_{1m}\\ \cr a_{m_1} &&a_{mm} \end{vmatrix} = \begin{cases}\begin{matrix} \hbox{für} \quad gerade\quad m&: a_{11} A_{11} & - &a_{12} A_{12} &+ &a_{13} A_{13} &\ldots &- &a_{1m} A_{1m}\\ \hbox{für}\quad ungerade\quad m&: a_{11} A_{11} & - &a_{12} A_{12} &+ &a_{13} A_{13} &\ldots &+ &a_{1m} A_{1m} \end{matrix}\end{cases} $$

Analog erfolgt die Definition der Entwicklung einer Determinante nach der j-ten Spalte.

b) Entwicklung nach der j-ten Spalte

Die Entwicklung der Determinanten einer quadratischen Matrix \begin{equation*} %\label{XYZ} \mathbf{A} = \begin{pmatrix} a_{11} &\dots &a_{1m}\\ a_{21} &\dots &a_{2m}\\ \vdots &&\vdots\\ a_{m1} &\dots &a_{mm}\end{pmatrix} \end{equation*} nach der j-ten Spalte ist definiert als

\begin{eqnarray*} %\label{XYZ} |A| = a_{1j}A_{1j} + a_{2j}A_{2j} + \ldots + a_{mj}A_{mj} \\ = \sum\limits_{k=1}^m a_{kj} {\rm \bf A_{kj}}. \end{eqnarray*} wobei $A_{kj}$ die Determinante derjenigen Matrix ist, welche aus ${\rm \bf A}$ durch Streichen der k-ten Zeile und j-ten Spalte entsteht.
Die vorstehend schon berechnete Determinante wird nach der 2. Spalte entwickelt: \begin{equation*} %\label{XYZ} A = \begin{vmatrix} 3 & 0 & 2\\ 3 & 1 & 5\\ 3 & 2 & 0\\ \end{vmatrix} = -0\cdot\begin{vmatrix} 3 & 5\\ 3 & 0\\ \end{vmatrix} +1\cdot \begin{vmatrix} 3 & 2\\ 3 & 0\\ \end{vmatrix} -2\cdot \begin{vmatrix} 3 & 2\\ 3 & 5\\ \end{vmatrix} \end{equation*} \begin{equation*} = +1\cdot(3\cdot 0 - 2\cdot3 ) -2\cdot(3\cdot 5 - 3 \cdot 2) = -24. \end{equation*}
Das Ergebnis entspricht selbstverständlich dem vorstehend nach der 2. Zeile entwickelten Ergebnis.

Man beachte wiederum, dass es in der Regel günstig ist, nach einer Spalte zu entwickeln, die möglichst viele Nullen enthält.
Entwicklung einer Matrix nach Zeilen und Spalten. \begin{equation*} %\label{XYZ} A = \begin{vmatrix} 1 &5 &7 &3\\ 0 &7 &0 &2\\ 1 &2 &0 &5\\ 0 &1 &7 &7\end{vmatrix}= 1 \begin{vmatrix} 7 &0 &2\\ 2 &0 &5\\ 1 &7 &7\end{vmatrix}- 0 \begin{vmatrix} 5 &7 &3\\ 2 &0 &5\\ 1 &7 &7\end{vmatrix}+ 1 \begin{vmatrix} 5 &7 &3\\ 7 &0 &2\\ 1 &7 &7\end{vmatrix}- 0 \begin{vmatrix} 5 &7 &3\\ 7 &0 &2\\ 2 &0 &5\end{vmatrix}= \end{equation*} \begin{equation*} 1 \cdot (-7)\begin{vmatrix}7 &2\\ 2 &5\end{vmatrix} + 1 \left(-7 \begin{vmatrix}7 &2\\ 1 &7 \end{vmatrix}- 7 \begin{vmatrix}5 &3\\ 7 &2\end{vmatrix}\right)= \end{equation*} \begin{equation*} %\label{XYZ} -7\cdot 31 + (-7\cdot 47 + 7\cdot 11) = -469. \end{equation*} Hier wurde zunächst nach der ersten Spalte entwickelt. Im zweiten Schritt wurden die erste Matrix und die dritte Matrix jeweils nach ihrer zweiten Spalte entwickelt.