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关于推导行列式乘积公式det(AB)=det(A)det(B)的后续步骤问询

关于推导行列式乘积公式 $\boldsymbol{\operatorname{det}(AB)=\operatorname{det}(A)\operatorname{det}(B)}$ 的后续步骤问询

你已经完成了最核心的铺垫工作,剩下的其实就是利用行列式的唯一性定理来临门一脚啦!我来帮你理清楚这最后一步:

首先,先回顾你已经证明的结论:

  • 映射 $F(B) = \operatorname{det}(A)^{-1}\operatorname{det}(AB)$ 是 $\mathbb{k}^{n \times n}$ 列空间上的n-多重线性交替形式
  • 这个映射在单位矩阵 $I$ 上的取值为 $1$,也就是 $F(I) = 1$。

接下来要用到一个关键的行列式性质:在域 $\mathbb{k}$ 上的n维列空间中,只存在唯一一个n-多重线性交替形式,使得它在标准单位矩阵(列是标准基向量)上的取值为1——而这个唯一的形式,就是我们定义的行列式 $\operatorname{det}(B)$。

换句话说,所有满足“n-多重线性交替+在单位矩阵上取1”的映射,都必然等于行列式函数。那你构造的 $F(B)$ 完全符合这两个条件,所以必然有:
$$F(B) = \operatorname{det}(B)$$

把 $F(B)$ 的定义代进去,就是:
$$\operatorname{det}(A)^{-1}\operatorname{det}(AB) = \operatorname{det}(B)$$

两边同时乘以 $\operatorname{det}(A)$(这里先默认 $\operatorname{det}(A) \neq 0$,也就是A是非奇异矩阵),直接就能得到:
$$\operatorname{det}(AB) = \operatorname{det}(A)\operatorname{det}(B)$$

最后再补一下奇异矩阵的情况(也就是 $\operatorname{det}(A)=0$ 的时候):
如果A是奇异矩阵,说明它的列向量线性相关,那么AB的列向量其实是A的列向量的线性组合,自然也线性相关,所以 $\operatorname{det}(AB)=0$,这时候等式右边 $\operatorname{det}(A)\operatorname{det}(B)=0 \times \operatorname{det}(B)=0$,等式依然成立。

这样就完整证明了对任意 $A,B \in \mathbb{k}^{n \times n}$,都有 $\operatorname{det}(AB)=\operatorname{det}(A)\operatorname{det}(B)$。

备注:内容来源于stack exchange,提问作者cor1.1.29

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