Notons a=det(A) et b=det(B), et A, B les matrices transposées des comatrices. Deux ingrédients suffisent.
1. Les comatrices sont entières. Chaque coefficient de A est, au signe près, un mineur d’ordre n−1 de A, c’est-à-dire un déterminant extrait à coefficients entiers : donc A∈Mn(Z), et de même B∈Mn(Z). La formule de Laplace donne AA=AA=aIn,BB=BB=bIn.
2. Bézout. Comme a∧b=1, il existe u,v∈Z tels que ua+vb=1.
Posons alors U=uA,V=vB,qui sont bien dans Mn(Z). Il vient AU+BV=uAA+vBB=uaIn+vbIn=(ua+vb)In=In.■
Remarques
La réciproque est fausse. Pour n=2, prenons A=(1000) et B=(0001) : on a A+B=I2 alors que detA=detB=0, donc detA∧detB=0=1. La condition est suffisante, pas nécessaire.
Une condition nécessaire et suffisante s’obtient en réduisant modulo chaque premier p : l’existence de U,V équivaut à Im(A)+Im(B)=Fpn pour tout p, ce que l’hypothèse a∧b=1 assure trivialement puisqu’alors A ou B est déjà inversible modulo p.
La preuve n’utilise de Z que sa structure d’anneau commutatif. Sur un anneau commutatif R quelconque, l’énoncé devient : si detA et detB engendrent l’idéal R tout entier, alors AU+BV=In a une solution dans Mn(R).
Variante par forme normale de Smith : on peut écrire A=PDQ avec P,Q∈GLn(Z) et D diagonale, ce qui ramène le problème à des congruences scalaires. C’est plus long, mais cela éclaire pourquoi seuls les déterminants interviennent : ils captent exactement l’obstruction à l’inversibilité sur Z.
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