(e) Comme (u1,u3) est libre, si (u1,u2,u3) est lié, u2∈Vect(u1,u3) d’où u2=v2et (u2,v2) est lié.
Réciproquement si (u2,v2) est lié, u2∈Vect(u1,u3) et (u1,u2,u3) est lié.
Finalement, (u1,u2,u3) est lié si et seulement si (u2,v2) est lié ce qui équivaut à (1+b2)2=a(1+b2) d’après
le cas d’égalité dans l’inégalité de Schwarz (A.2)
On en déduit que le système est libre si et seulement si a>1+b2.
7. On suppose a≥1+b2.
(a) Soit (x,y,z)∈R3et u=xe1+ye2+ze3.
½〈u,e1〉=1
〈u,e3〉=b⇐⇒½x=1
z=b
L’ensemble cherché est ©e1+ye2+be3,y∈Rª.
(b) Soit y∈Ret u=e1+ye2+be3.
G(e1,u,e3)=
1 1 0
1 1 +y2+b2b
0b1
.
G(e1,u,e3)=c⇐⇒a−(1 +b2)=y2
Comme a≥1+b2, cette équation admet (au moins) une solution y=pa−1−b2et Cvérifie la propriété
G.
(c) Soit p∈N∗.C⊗p=
1 1 0
1apbp
0bp1
, du même type que C.
D’après ce qui précède, C⊗pvérifie la propriété Gsi et seulement si ap≥1+b2p.
Or a≥1+b2≥0 donc par croissance de t7→ tpsur R+,ap≥(1 +b2)p≥1+b2p
En effet par la formule du binôme,
(1 +b2)p=
p
X
k=0¡p
k¢b2k=1+b2p+
p−1
X
k=1¡p
k¢b2k≥1+b2pcar pour tout k∈N,b2k≥0.
D.
8. Pour tous fet gdans E,t7→ f(t)g(t)tp−1est continue sur ]0, +∞[et
∀t∈]0,+∞[,¯¯f(t)g(t)tp−1¯¯≤f(t)2
2+g(t)2t2p−2
2.
Par définition de E, les fonctions t7→ f(t)2et t7→ g(t)2t2p−2sont intégrables sur ]0,+∞[,
donc il en est de même pour t7→ f(t)2
2+g(t)2t2p−2
2et par comparaison, la fonction t7→ f(t)g(t)tp−1est inté-
grable sur ]0,+∞[(ou encore l’intégrale Z+∞
0
f(t)g(t)tp−1dtest absolument convergente).
9. 〈,〉pest symétrique par commutativité du produit dans Ret linéaire à gauche par propriétés des opérations
dans Ret linéarité des intégrales impropres convergentes. C’est donc une forme bilinéaire symétrique.
Pour tout f∈E〈f,f〉p=Z+∞
0
f(t)2tp−1dt≥0 car ∀t∈]0, +∞[,f(t)2tp−1≥0
De plus la fonction t7→ f(t)2tp−1est continue, positive sur ]0,+∞[, donc
〈f,f〉p=0⇐⇒∀t∈]0, +∞[f(t)2tp−1⇐⇒∀t∈]0,+∞[f(t)=0⇐⇒ f=0E.
On en déduit que 〈,〉pest une forme bilinéaire symétrique définie positive donc un produit scalaire sur E.
10. La fonction hest continue sur [0,+∞[. Pour tout polynôme P, la fonction t7→h(t)2P(t)=e−2tP(t) est continue
sur [0,+∞[et par croissances comparées, e−2tP(t)=o
t→+∞¡e−t¢. Comme t7→ e−test intégrable sur ]0,+∞[,
par comparaison sur les fonctions intégrables, t7→h(t)2P(t) est intégrable sur ]0,+∞[, donc h∈E.
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