¿Demuestra que dos matrices diagonales conmutan y que su producto también es diagonal?

Dos matrices diagonales conmutan (con respecto a la multiplicación) si y solo si sus entradas se toman de un anillo conmutativo. No solo eso, sino que si las entradas de sus matrices diagonales [matemáticas] n \ veces n [/ matemáticas] se toman de un dominio integral (un anillo conmutativo sin divisores de cero), entonces sus [matemáticas] n \ veces n [ / math] las matrices diagonales también formarán un dominio integral.

No es difícil demostrar que el anillo de [math] n \ times n [/ math] matrices diagonales es isomorfo al anillo de [math] n [/ math] -tuplas donde [math] + [/ math] y [ matemáticas] \ cdot [/ matemáticas] se definen por

[matemáticas] (a_1, \ ldots, a_n) + (b_1, \ ldots, b_n) = (a_1 + b_1, \ ldots, a_n + b_n) [/ math]

y

[matemáticas] (a_1, \ ldots, a_n) \ cdot (b_1, \ ldots, b_n) = (a_1b_1, \ ldots, a_nb_n) [/ math]

Debido a esto, el producto de dos matrices diagonales es otra matriz diagonal.

Para 2 matrices diagonales [matemática] A = ([/ matemática] [matemática] a_ {i, j}) _ {i, j} [/ matemática] y [matemática] B = ([/ matemática] [matemática] b_ { i, j}) _ {i, j} [/ math]

[matemáticas] A, B \ en Mat (n, R) [/ matemáticas]

Todo es [matemática] 0 [/ matemática] excepto [matemática] a_ {i, i} [/ matemática] y [matemática] b_ {i, i} [/ matemática]

La entrada [math] k, l [/ math] de [math] AB [/ math] tiene la forma

[matemáticas] \ sum_ {i = 0} ^ n {a_ {k, i} b_ {i, l}} [/ matemáticas]

Todos los términos relevantes son [matemática] a_ {k, k} b_ {k, l} [/ matemática] y [matemática] a_ {k, l} b_ {l, l} [/ matemática]

Entonces, para [math] k \ neq l [/ math] esto es [math] 0 [/ math]

Para [matemática] k = l [/ matemática] la entrada de AB en [matemática] (k, k) [/ matemática] es [matemática] a_ {k, k} b_ {k, k} [/ matemática]

Entonces el producto también es diagonal. También conmutan siempre que [matemáticas] R [/ matemáticas] sea un anillo conmutativo.