Matrices `a coefficients dans
un anneau commutatif.
Pour ´eviter les lourdeurs, nous dirons “anneau” pour “anneau commutatif”.
Le but de ce texte est de produire une d´emonstration originale, sans utiliser le
d´eterminant, du r´esultat suivant :
Une matrice `a coefficients dans un anneau, qui a strictement plus de colonne que de
lignes, a ses colonnes li´ees.
Soit Aun anneau, n, p, q, r des entiers naturels non nuls. On note A(n, p) l’ensemble
des matrices `a nlignes et pcolonnes `a coefficient dans A. On rappelle que si
M∈A(p, q) et N∈A(q, r),le produit MN est bien d´efini et appartient `a A(p, r).
Les matrices de A(n, 1) seront des matrices colonnes, celles de A(1, n) des matrices
lignes.
Il est facile de voir que, pour ´etablir notre th´eor`eme, il suffit de d´emontrer que pour
tout anneau Aet tout entier naturel non nul n, et toute matrice M∈A(n, n + 1),
il existe C∈A(n+ 1,1) tel que :
C6= 0 et MC = 0
Si n= 1,
- si M= 0 ∈A(1,2), le r´esultat est ´evident. Choisir C=1
16= 0.
- sinon M=a b ∈A(1,2).Choisir C=b
−a6= 0.
Supposons le r´esultat faux. Il existe donc au moins un triplet (A, k, M) o`u Aest un
anneau, kun entier naturel et M∈A(k, k + 1) et tel que les colonnes de Msont
libres i.e.
∀C∈A(k+ 1,1), MC = 0 ⇒C= 0.
Parmi tous les triplets possibles, choisissons-en un, (A, n, M0) de telle sorte que
l’entier nsoit minimum parmi les entiers kacceptables au sens ci-dessus. L’entier
nest certainement sup´erieur ou ´egal `a 2.
Ce qui pr´ec´ede veut dire que pour tout anneau B, toute matrice de B(n−1, n) a
ses colonnes li´ees. Cette remarque sera tr`es importante dans la suite.
Supposons donn´e le triplet (A, n, M0),avec M0∈A(n, n + 1).Nous allons ´etablir
une contradiction avec le sch´ema suivant :
- On produit, `a partir de M0,une matrice M∈A(n, 2n) dont les colonnes sont
libres.
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25 d´ecembre 2014