Déterminant du produit de deux matrices

On a le résultat suivant :

ThéorèmeDéterminant du produit de deux matrices

Soient \(A\) et \(B\) deux matrices carrées d'ordre \(n\), avec \(n\) supérieur ou égal à 2. Alors : \(\det(AB)=\det(A)\det(B)\)

Preuve

La preuve est encore basée sur la formule explicite du déterminant.

Soit \(Q=AB\). Les notations utilisées pour les colonnes des matrices sont celles introduites au début de cette ressource ( \(A_j\) désigne la \(j\)-ième colonne de la matrice A).

Il résulte des règles du produit de deux matrices que la \(k\)-ième colonne de \(Q\) est donnée par la formule : \(Q_k=b_{1,k}A_1+b_{2,k}A_2+\ldots+b_{n,k}A_n\).

Alors en faisant un calcul analogue à celui fait pour démontrer l'unicité du déterminant d'une matrice, il vient

\(\det(Q)=\det(Q_1,Q_2,\ldots,Q_n)=\displaystyle{\sum_{\sigma\in S_n}}\left[\epsilon(\sigma)b_{\sigma(1),1}b_{\sigma(2),2}\ldots b_{\sigma(n),n}\right]=\det B\) sous sa forme explicite.

Remarque

Le déterminant a un bon comportement par rapport au produit.

En revanche, il n'y a pas de résultat du même type pour la somme de deux matrices.

Conséquences

Déterminant d'une matrice inversible

Soit \(M\) une matrice inversible. Cela signifie qu'il existe une matrice, notée M^{-1}, de même type que \(M\) telle que \(MM^{-1}=M^{-1}M=I_n\).

Alors, d'après le résultat précédent, \(\det(MM^{-1})=\det(M)\det(M^{-1})=\det I_n=1\). D'où les deux propriétés suivantes :

PropriétéDéterminant d'une matrice inversible

Si \(M\) est une matrice inversible, son déterminant est non nul et l'on a la relation : \(\det(M^{-1})=\left[\det(M)\right]^{-1}\)

Remarque

La réciproque de la première partie de cette proposition est vraie, c'est une des applications intéressantes des déterminants. Ce point sera traité à la fin de cette ressource.

Déterminant de deux matrices semblables

C'est une conséquences immédiate du théorème et de la proposition précédents.

PropriétéDéterminant de deux matrices semblables

Deux matrices semblables ont le même déterminant.

Preuve

Soient \(M\) et \(N\) deux matrices semblables. Alors il existe une matrice inversible \(P\) telle que : \(M=PNP^{-1}\).

D'après la formule du produit : \(\det M=\det(M=PNP^{-1})=\det(P)\det(N)\det(P^{-1})\)

ce qui donne en utilisant la formule du déterminant de l'inverse d'une matrice : \(\det M=\det(M=PNP^{-1})=\det(P)\det(N)\left[\det(P^{-1})\right]^{-1}=\det(N)\)

(ne pas oublier que dans le corps \(K\), le produit est commutatif).