Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Déterminant d’une somme == Somme des déterminants ?

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Solution by Sequoia · FR

↪\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 n⩾2n\geqslant2 et A∈SA\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(In−Jr)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+In−Jr)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\}.

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