PCSI 2 Préparation des Khôlles 2013-2014
Exercice type 2
Soit A=1−1
1−1et f:
M
2
(R)−→ M
2
(R)
M−→ AM . Montrer que f∈ L (M
2
(R)) déterminer ker f,Im f. Déterminer
f
2
,que pensez-vous du résultat ?
Solution
: Soient (M, N )∈ M
2
(R)
2
et λ∈Ralors f(λM +N) = A(λM +N) = λAM +AN =λf (M) + f(N).
Ainsi fest bien linéaire et est à valeurs dans M
2
(R)donc f∈ L (M
2
(R)).
Si M=a b
c d ,on a AM =a−c b −d
a−c b −d. Ainsi M∈ker f⇐⇒ a−c= 0
b−d= 0 ⇐⇒ M=a b
a b =
a1 0
1 0 +b0 1
0 1 . On a donc
ker f= Vect 1 0
1 0 ,0 1
0 1
Pour Im f, N =α β
γ δ ∈Im f⇐⇒ ∃M=a b
c d tel que AM +a−c b −d
a−c b −d=α β
γ δ . On obtient le
système
a−c=α
b−d=β
a−c=γ
b−d=δ
⇐⇒
a=α+c
b=β+d
α=γ
β=δ
Il admet des solutions si et seulement si α=γet β=δdonc si et seulement si N=α β
α β =α1 0
1 0 +
β0 1
0 1 . On a donc Im f= Vect 1 0
1 0 ,0 1
0 1 = ker fCeci est immédiat car Im f⊂ker f(voir exo type
suivant).
Exercice type 3
Soit Eun Kev,et (f, g)∈ L(E)
2
, montrer que : g◦f= 0 ⇔Im(f)⊂ker(g).
Solution
: On travaille par double implication.
=⇒: Hypothèse : g◦f= 0. On désire prouver que Im f⊂ker g.
Soit y∈Im f. Par définition de l’espace image, ∃x∈Etel que y=f(x). Puisque g◦f= 0, on a g(f(x)) = −→
0, soit
f(x) = y∈ker g. Ainsi y∈Im f=⇒y∈ker g. Ceci prouve bien que Im f⊂ker g.
⇐=: Hypothèse : Im f⊂ker g. Soit x∈Ealors f(x)∈Im fd’où f(x)∈ker g, ainsi g(f(x)) = −→
0. On a donc ∀x∈E,
g(f(x)) = −→
0, ce qui signifie que g◦f= 0.
Exercice type 4
Edésigne ici un R-espace vectoriel, et fun endomorphisme de Evérifiant l’égalité : f
2
−2f−3I= 0,où f
2
=f◦fet
Idésigne l’application identité de E(I=Id
E
). On note get hles éléments de L(E)définie par g=f−3Iet h=f+I.
Déterminer g◦het h◦g. Montrer que ker g⊕ker h=E. Montrer que fest un automorphisme et calculer f
−1
.
Solution
: Dans L(E), on a
g◦h= (f−3I)◦(f+I) = f◦f−3I◦f+f◦I−3I◦I=f
2
−2f−3I= 0
h◦g= (f+I)◦(f−3I) = f◦f+I◦f−3f◦I−3I◦I=f
2
−2f−3I= 0
Montrons ensuite que ker g⊕ker h=E.
La somme est directe : Soit −→
x∈ker g∩ker h, alors
g(−→
x) = −→
0et h(−→
x) = −→
0
—2/8—
G H