行列式の公式の覚え方|2×2と3×3を「斜めの向き」1つで教える方法
こんにちは。ゆうせいです。
線形代数の研修で行列式を扱うと、受講者から「公式が覚えられない」「プラスとマイナスがどれだったか分からなくなる」という声がよく上がります。2×2の公式と3×3の公式を別々に暗記させようとすると、項の数が多いぶん混乱しやすくなります。
今回は、2×2と3×3の行列式を「右下がりはプラス、左下がりはマイナス」という1つのルールでまとめて教える方法を紹介します。講師が板書やスライドでそのまま使える図と、受講者に解いてもらう練習問題も用意しました。

行列式とは何か
行列式は、正方行列(行の数と列の数が同じ行列)から1つの数を計算する仕組みです。行列 A の行列式は det(A) または |A| と書きます。
受講者には、次の2点を先に伝えておくと、計算する意味がつかみやすくなります。
- 行列式は、その行列で図形を変換したときに、面積(3×3なら体積)が何倍になるかを表す
- 行列式が 0 の行列には逆行列がない
例えば、行列式が 2 なら面積が2倍になります。行列式が 0 なら、平面が線や点につぶれてしまうため、元に戻す変換(逆行列)を作れません。
覚え方のルールは1つだけ
公式に入る前に、ルールを1つだけ示します。
- 右下がり(左上から右下へ)の斜めに並ぶ数を掛けたものはプラス
- 左下がり(右上から左下へ)の斜めに並ぶ数を掛けたものはマイナス
2×2でも3×3でも、このルールは変わりません。違いは、3×3では斜めの線を3本ずつ引くために、列を書き足すという1手間が加わる点だけです。
2×2の行列式:たすき掛け
公式
各記号の意味は次のとおりです。
- a:1行1列目の成分
- b:1行2列目の成分
- c:2行1列目の成分
- d:2行2列目の成分
右下がりの斜め(a と d)を掛けた ad がプラス、左下がりの斜め(b と c)を掛けた bc がマイナスです。2本の線が交差して「×」の形になるので、受講者には「たすき掛け」と伝えると定着しやすくなります。
数値で確認する
右下がりの 3 と 2 を掛けて 6、左下がりの 1 と 4 を掛けて 4 です。6 から 4 を引いて、行列式は 2 になります。
受講者がつまずきやすい点
- ad + bc と足してしまう:左下がりはマイナス、と図の色で区別させると防げます
- bc - ad と順番を逆にしてしまう:符号が反転した答えになります。「右下がりが先」と決めておきます
- 成分に負の数があるときの符号ミス:例えば b = -1, c = 3 なら bc = -3 で、-bc = +3 になります。かっこを付けて計算するよう指導します
練習問題1
次の行列式を計算してください。
(1)
(2)
(3)
解答と解説
(1) 5 × 4 - 2 × 3 = 20 - 6 = 14
(2) 2 × 3 - 6 × 1 = 6 - 6 = 0
行列式が 0 なので、この行列には逆行列がありません。1行目 (2, 6) が2行目 (1, 3) のちょうど2倍になっている点に注目させると、「2本のベクトルが同じ向きを向いているので、面積が 0 につぶれる」という意味の説明につなげられます。
(3) 2 × 4 - (-1) × 3 = 8 - (-3) = 8 + 3 = 11
-1 × 3 = -3 を引くので、結果は足し算になります。答えを 5 とした受講者は、符号の処理を誤っています。
3×3の行列式:サラスの方法
手順
3×3では、そのまま斜めの線を引くと、3つの数が並ぶ斜めが1本ずつしか取れません。そこで、次の手順で計算します。この方法をサラスの方法(サラスの公式)と呼びます。
- 行列の右側に、1列目と2列目をそのまま書き足す
- 右下がりの斜めを3本引き、それぞれ3つの数を掛ける(プラス)
- 左下がりの斜めを3本引き、それぞれ3つの数を掛ける(マイナス)
- プラスの3つの合計から、マイナスの3つの合計を引く
公式
右下がりの3本が aei, bfg, cdh で、左下がりの3本が ceg, afh, bdi です。2×2と同じく「右下がりはプラス、左下がりはマイナス」というルールだけで6つの項がそろいます。
数値で確認する
右下がり(プラス)の3本は次のとおりです。
- aei = 1 × 5 × 10 = 50
- bfg = 2 × 6 × 7 = 84
- cdh = 3 × 4 × 8 = 96
合計は 50 + 84 + 96 = 230 です。
左下がり(マイナス)の3本は次のとおりです。
- ceg = 3 × 5 × 7 = 105
- afh = 1 × 6 × 8 = 48
- bdi = 2 × 4 × 10 = 80
合計は 105 + 48 + 80 = 233 です。
行列式は 230 - 233 = -3 になります。行列式が負の値になるのは、変換によって図形の向き(表と裏)が反転することを表しています。面積や体積の倍率としては、絶対値の 3 倍です。
受講者がつまずきやすい点
- 列を書き足さずに斜めを探して、項が足りなくなる:最初の数問は必ず書き足すよう指示します
- プラスとマイナスの3項をまとめて引くときのかっこの付け忘れ:「プラスの合計」「マイナスの合計」を別々に出してから引く手順にすると、ミスが減ります
- 4×4にも同じ方法を使ってしまう:後述の注意点を必ず伝えます
練習問題2
次の行列式を、サラスの方法で計算してください。
解答と解説
右下がり(プラス)
- aei = 2 × 3 × 2 = 12
- bfg = 1 × 1 × 0 = 0
- cdh = 0 × 1 × 1 = 0
合計は 12 です。
左下がり(マイナス)
- ceg = 0 × 3 × 0 = 0
- afh = 2 × 1 × 1 = 2
- bdi = 1 × 1 × 2 = 2
合計は 4 です。
行列式は 12 - 4 = 8 になります。0 を含む項は計算しなくても 0 と分かるため、成分に 0 が多い行列ほど計算が楽になることも併せて伝えると、後の余因子展開の学習につながります。
4×4以上では使えないことに注意
斜めに掛ける方法が使えるのは3×3までです。4×4の行列式は 24 個の項を含みますが、列を書き足して斜めに掛ける方法では 8 個の項しか作れません。そのため、正しい値になりません。
4×4以上の行列式は、次の方法で計算します。
- 余因子展開:1つの行(または列)に沿って、小さな行列式に分けて計算する方法
- 行基本変形:行列を三角行列(対角線より下がすべて 0 の行列)に変形し、対角成分を掛け合わせる方法
研修では、「斜めの方法は3×3まで」という一言を、図と一緒に必ず伝えるようにしてください。
確認問題
次の説明のうち、正しいものを1つ選んでください。
- 2×2の行列式は ad + bc で計算する
- サラスの方法は、4×4の行列式にも使える
- 行列式が 0 の行列には逆行列がない
- 3×3の行列式では、左下がりの積をプラスにする
解答と解説
正解は 3 です。
- 1 は誤りです。左下がりの bc はマイナスなので、ad - bc が正しい公式です
- 2 は誤りです。斜めに掛ける方法は3×3までしか使えません
- 3 は正しい説明です。行列式が 0 の変換は面積や体積を 0 につぶすため、元に戻せません
- 4 は誤りです。2×2と同じく、左下がりの積はマイナスです
研修で教えるときの進め方
講師向けに、行列式を扱うときの進め方の一例を示します。
- 「右下がりはプラス、左下がりはマイナス」というルールを最初に1回だけ示す
- 2×2の公式を、図の色分けと数値例で確認する
- 練習問題1を個人で解いてもらい、行列式が 0 になる問題で逆行列との関係を説明する
- 3×3では「列を2つ書き足す」手順だけを追加し、ルールは同じだと強調する
- 練習問題2を解いた後、4×4では使えないことを確認問題で押さえる
受講者に「2×2と3×3で何が同じで、何が違うか」を口頭で説明してもらうと、理解度を確認できます。「斜めのルールは同じで、3×3では列を書き足す」と答えられれば、目標に届いています。
まとめ
- 2×2も3×3も、「右下がりはプラス、左下がりはマイナス」の1つのルールで覚えられる
- 2×2はたすき掛けで ad - bc
- 3×3は1列目と2列目を右に書き足し、斜めに3本ずつ掛ける(サラスの方法)
- 斜めに掛ける方法は3×3まで。4×4以上は余因子展開や行基本変形を使う
次の学習ステップとしては、3×3の行列式を余因子展開でも計算し、サラスの方法と同じ値になることを確かめる流れをおすすめします。2つの方法で同じ答えが出ることを体験すると、受講者は4×4以上の計算にも抵抗なく進めるようになります。
投稿者プロフィール

- 代表取締役
-
セイ・コンサルティング・グループ株式会社代表取締役。
岐阜県出身。
海外放浪の末、2000年創業、2004年会社設立。
IT企業向け人材育成研修歴業界歴20年以上。
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学生時代は趣味と実益を兼ねてリゾートバイトにいそしむ。長野県白馬村に始まり、志賀高原でのスキーインストラクター、沖縄石垣島、北海道トマム。高じてオーストラリアのゴールドコーストでツアーガイドなど。現在は野菜作りにはまっている。
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