Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Formule de Cauchy-Binet pour le déterminant

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Solution by Sequoia · FR

Imaginons qu’on échange les deux premières colonnes de BB (le raisonnement serait le même avec des colonnes i<ji<j), on notera cette matrice B~\tilde{B} ensuite. On aurait donc aucun changement lié à AA dans les termes det(Aj)det(B~j)\det(A_j)\det(\tilde{B}_j) pour j>2j>2, ce sera alors det(B~j)\det(\tilde{B}_j) qui nous apportera notre - dû à l’échange de nos colonnes pour retrouver det(Bj)\det(B_j).

Voyons maintenant nos deux premiers termes, on a alors:
det(A1)det(B~1)+det(A2)det(B~2)=det(D2C2Cn)det(C1D1D3Dn)+det(D1C2Cn)det(D2C1D3Dn)\det(A_1)\det(\tilde{B}_1)+\det(A_2)\det(\tilde{B}_2)=\det(D_2|C_2|\cdots|C_n)\det(C_1|D_1|D_3|\cdots|D_n)+\det(D_1|C_2|\cdots|C_n)\det(D_2|C_1|D_3|\cdots|D_n)

On note alors que changer C1C_1 et D1D_1 dans le premier terme et C1C_1 et D2D_2 dans le second permet de retrouver notre det(A2)det(B2)+det(A1)det(B1)\det(A_2)\det(B_2)+\det(A_1)\det(B_1) (au signe près bien sûr). Donc on a bien une forme nn-linéaire alternée (la linéarité est plus simple à montrer) !

L’espace des formes nn-linéaires alternées étant de dimension 11, notre application se doit d’être proportionnelle au déterminant et on en déduit donc l’existence d’une constante α\alpha telle que:
BMn(K),j=1ndet(Aj)det(Bj)=αdet(B)\forall B\in\mathfrak{M}_n(\mathbb{K}),\displaystyle\sum_{j=1}^n\det(A_j)\,\det(B_j)=\alpha\,\det(B)Pour trouver α\alpha, il nous faut regarder ce qui se trame pour B=InB=I_n. En développant alors le membre de gauche (soit en notant que det((In)j)=a1,j\det((I_n)_j)=a_{1,j}), on remarque que ce n’est qu’une récriture du développement du déterminant de AA selon la première colonne. On en déduit donc que α=det(A)\alpha=\det(A) et le résultat !

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