Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Linear algebraUnreviewed

Matrices invertible over Z\mathbb{Z}

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25
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  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
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Show thatAA is invertible over Z\mathbb{Z} if and only if det(A){1,1}\det(A) \in \{-1, 1\}.

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Solutions

2
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Solution by beignet62FR

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Si AA est inversible dans Mn(Z)M_n(\mathbb{Z}), alors

1=det(In)=det(AA1)=det(A)det(A1).1=\det(I_n)=\det(AA^{-1})=\det(A)\det(A^{-1}).

Or ces deux nombres sont entiers, donc

det(A)1,\det(A)\mid 1,

d’où

det(A){1,+1}.\det(A)\in\{-1,+1\}.

Réciproquement, si det(A)1,+1\det(A)\in{-1,+1}, on a l’identité suivante (car AA est inversible dans Mn(C)M_n(\mathbb{C})) :

A1=1det(A)t ⁣Com(A).A^{-1}=\frac{1}{\det(A)}\,{}^t\!\operatorname{Com}(A).

Or, la comatrice est obtenue à partir des coefficients de AA par des additions et des multiplications. Elle est donc à coefficients entiers.

Comme 1det(A)1,+1\dfrac{1}{\det(A)}\in{-1,+1}, on en déduit que

A1Mn(Z).A^{-1}\in M_n(\mathbb{Z}).

Ainsi, AA est inversible dans Mn(Z)M_n(\mathbb{Z}).

Solution by SarahK(roche:)FR

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Soit AA inversible , on a 1=detAA1=detA21=\det A A^{-1}=\det A ^2 ie detA=±1\det A = \pm 1 (les inversibles de Z\Z sont...)$ .
La réciproque est évidente..

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