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正則行列（せいそくぎょうれつ、英: regular matrix）、非特異行列（ひとくいぎょうれつ、英: non-singular matrix）あるいは可逆行列（かぎゃくぎょうれつ、英: invertible matrix）とは、行列の通常の積に関する逆元を持つ正方行列のことである。この逆元を、元の正方行列の逆行列という。例えば、複素数体上の二次正方行列 A = [ a b c d ] {\displaystyle A={\begin{bmatrix}a&b\\c&d\end{bmatrix}}}

が正則行列であるのは ad − bc ≠ 0 が成立するとき、かつ、そのときに限る。このとき逆行列は A − 1 = 1 a d − b c [ d − b − c a ] {\displaystyle A^{-1}={\frac {1}{ad-bc}}{\begin{bmatrix}d&-b\\-c&a\end{bmatrix}}}

で与えられる。

ある体上の同じサイズの正則行列の全体は一般線型群と呼ばれる群を成す。多項式の根として定められる部分群は線形代数群あるいは行列群と呼ばれる代数群の一種で、その表現論が代数的整数論などに広い応用を持つ幾何学的対象である。
定義

n 次単位行列を En や E で表す。 環の元を成分にもつ n 次正方行列 A に対して、 A B = E = B A {\displaystyle AB=E=BA}

を満たす n 次正方行列 B が存在するとき、A は n 次正則行列、あるいは単に正則であるという[注釈 1]。A が正則ならば上の性質を満たす B は一意に定まる。これを A の逆行列（ぎゃくぎょうれつ、英: inverse matrix）と呼び、A−1 と表す[1]。
例

次の複素数体[注釈 2]の元を成分にもつ行列 A, B を考える。 A = [ 1 0 0 2 ] B = [ 1 0 0 1 2 ] {\displaystyle A={\begin{bmatrix}1&0\\0&2\end{bmatrix}}\quad B={\begin{bmatrix}1&0\\0&{\frac {1}{2}}\end{bmatrix}}}

このとき AB = E = BA を満たすので、A は正則行列で[注釈 3]、B は A の逆行列である。一方、B に注目すれば B も正則行列で、A は B の逆行列である。

また次の行列 N は逆行列をもたないので、正則ではない。 N = [ 0 1 0 0 ] {\displaystyle N={\begin{bmatrix}0&1\\0&0\end{bmatrix}}}
特徴づけ

体の元を成分にもつ n 次正方行列 A に対して次は同値である。

A は正則行列である

AB = E となる n 次正方行列 B が存在する[2]

BA = E となる n 次正方行列 B が存在する[2]