доказывать ассоциативность матричного произведения из ассоциативности композиций линейных отображений, не определив каким-либо образом связь одного с другим
Так вопрос ни кто не ставил. Сначала дается инвариантное определение линейного оператора

. Потом в пространствах

и

вводятся базисы и устанавливается изоморфизм

. Птом восстанавливается матрица

оператора

; матрица определена однозначно в силу единственности разложения по базису. Путем умножения этой матрицы на вектор-столбец получаем оператор

-- тут как раз и вводится умножение матрицы на вектор-столбец, и убеждаемся, что

-- коммутативность диаграммы соответствующей. А дальше строится матрица оператора

И просто по построению оказывается, что это

. Само определение произведения матриц на этом этапе и вводится. И автоматом отсюда получается ассоциативность.
Это просто если изучать эти вещи как они есть, а не по кускам и не из высоких педагогических соображений.