D´eterminant. Applications en alg`ebre et en g´eom´etrie.
Par Nicolas Lanchier 1
1 Propri´et´es classiques et r`egles de calcul.
Dans toute la suite, Kest un corps commutatif et Eun K-espace vectoriel de dimension n.
D´
efinition 1.1 — Une forme n-lin´eaire f∈Ln(E) est dite altern´ee si f(x1, x2, . . . , xn) = 0
d`es que xi=xjpour un i6=j. [2], Sect. 3.5
Th´
eor`
eme 1.2 — L’ensemble des formes n-lin´eaires altern´ees sur Eest un K-espace vectoriel
de dimension 1. De plus, ´etant donn´ee une base Bde E, il existe une et une seule forme n-lin´eaire
altern´ee prenant la valeur 1 sur B. On l’appelle d´eterminant dans la base Bet on la note detB.
Proposition 1.3 — Si x1, x2, . . . , xn∈Eavec xi= (xi,1, xi,2, . . . , xi,n) alors
det(x1, x2, . . . , xn) = X
σ∈Sn
ε(σ)x1,σ(1) x2,σ(2) ··· xn,σ(n)
o`u ε(σ) d´esigne la signature de la permutation σ. [2], Sect. 3.5
Proposition 1.4 — Pour tout n-uplet de vecteurs (x1, x2, . . . , xn)∈En, les assertions sui-
vantes sont ´equivalentes
1. les vecteurs x1, x2, . . . , xnforment une famille li´ee ;
2. pour toute base Bde E, detB(x1, x2, . . . , xn) = 0 ;
3. il existe une base Bde Etelle que detB(x1, x2, . . . , xn) = 0. [2], Sect. 3.5
D´
efinition 1.5 — Soient fune application lin´eaire et B= (e1, e2, . . . , en) une base de E. Alors
le scalaire det(f(e1), f(e2), . . . , f (en)) ne d´epend pas du choix B; on l’appelle d´eterminant de f.
Proposition 1.6 — Pour toutes applications lin´eaires fet g, det(f·g) = det(f)×det(g). De
plus, fest inversible si et seulement si det(f)6= 0 et dans ce cas det(f−1) = (det f)−1.
Proposition 1.7 (d´
eveloppement selon une ligne ou une colonne) — Soient A= (ai,j )
une matrice et Ai,j les cofacteurs des ´el´ements de A. Alors
1. d´eveloppement selon la i-i`eme ligne : det A=ai,1Ai,1+ai,2Ai,2+···+ai,n Ai,n.
2. d´eveloppement selon la j-i`eme colonne : det A=a1,j A1,j +a2,j A2,j +···+an,j An,j .
2 Applications en alg`ebre.
Th´
eor`
eme 2.1 (syst`
eme de Cramer) — Soient A= (ai,j )1≤i,j≤nune matrice carr´ee, B=
(bi)1≤i≤net X= (xi)1≤i≤ndeux vecteurs colonnes. Le syst`eme lin´eaire AX =Badmet une
unique solution Xsi et seulement si det A6= 0. Dans ce cas, le vecteur Xest donn´e par
xi=det(A1,··· , Ai−1, B, Ai+1,··· , An)
det A
D´
efinition 2.2 — Soit Ala matrice d’une application lin´eaire f∈L(E). On appelle polynˆome
caract´eristique de Ale polynˆome PA(X) = det(A−X·id). [2], Sect. 4.1
1Tout usage commercial, en partie ou en totalit´e, de ce document est soumis `a l’autorisation explicite de l’auteur.