Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Linear algebraUnreviewed

Déterminant d’une somme == Somme des déterminants ?

by Sequoia·
43
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
·
Français

Showing the Français version because no English translation exists yet. Add that translation.

Unreviewed. This problem has not been reviewed by trusted users yet.

Soit S:={AMn(C)/XMn(C),det(A+X)=det(A)+det(X)}S:=\{A\in\mathfrak{M}_n(\mathbb{C}) / \forall X\in\mathfrak{M}_n(\mathbb{C}), \det(A+X)=\det(A)+\det(X)\} l’ensemble des matrices rendant le déterminant linéaire.
Déterminer SS pour n=1n=1 puis pour n2n\geqslant2.

I solved itMark it doneAdd to my listKeep it in your list

Hints

2

Hint 1

Open this only if you want a small nudge before looking at the solutions.

Solutions

1
Reveal solutionsAre you sure? Give it a try first.

Solution by Sequoia

Discussions1 useful vote

\hookrightarrow Si n=1n=1, chaque matrice est un scalaire donc son déterminant est égal à lui même. Ainsi S=M1(C)CS=\mathfrak{M}_1(\mathbb{C})\simeq\mathbb{C} tout entier car l’égalité sur les déterminants est toujours vraie.

\hookrightarrow Maintenant on prend n2n\geqslant2 et ASA\in S. Notons déjà que SS n’est pas vide car il contient la matrice nulle.
Pour X:=AX:=A (toujours prendre des choix simples de matrices pour faire des tests), on a 2ndet(A)=det(A+X)=det(A)+det(X)=2det(A)2^n\det(A)=\det(A+X)=\det(A)+\det(X)=2\det(A). Et n>1n>1 donc det(A)=0\det(A)=0 et AA n’est alors pas inversible.

Ainsi l’équation se récrit det(A+X)=det(X)\det(A+X)=\det(X) sachant que det(A)=0\det(A)=0.

On note alors rr le rang de AA. Par le théorème de caractérisation des matrices à rang fixé, il existe deux matrices inversibles PP et QQ telles que A=PJrQA=PJ_rQ. L’idée est alors de trouver une matrice non-inversible XX telle que A+XA+X est inversible. Ainsi X:=P(InJr)QX:=P(I_n-J_r)Q convient si n>r>0n>r>0. Cela nous donne alors 0=det(X)=det(A+X)=det(P(Jr+InJr)Q)=det(PQ)00=\det(X)=\det(A+X)=\det(P (J_r+I_n-J_r) Q)=\det(PQ)\neq0, d’où une contradiction. Ainsi r=0r=0 donc A=0A=0 et S={0}S=\{0\}.

Report

For an unclear, ambiguous, or possibly incorrect statement, please use the Discussion tab on the right. Report content that needs moderator intervention, such as dangerous, clearly non-mathematical, or plagiarized content.