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Dualit´e
Syst`emes lin´eaires - Matrices
Ce document n’est pas un cours mais pr´esente seulement quelques notions `a connaˆıtre sur le sujet.
Dans ce chapitre Ed´esigne un Kespace vectoriel
(K=R,Cou plus g´en´eralement un corps de caract´eristique nulle)
Pour ce chapitre il est conseill´e de connaˆıtre les notions de base sur les espaces vectoriels et applications lin´eaires.
Voir par exemple les documents :
espaces vectoriels, espaces vectoriels de dimension finie, espaces vectoriels premi`eres notions
1 Espace dual
1.1 D´efinition
On appelle dual de El’espace vectoriel des formes lin´eaires sur E, on le note E∗,E∗=L(E, K)
Si Eest de dimension finie alors dim E∗= dim E
Remarque 1
Dans le cadre de la dualit´e, si (~x, ϕ)∈E×E∗alors ϕ(~x)se note aussi < ~x, ϕ >.
L’application :
E×E∗→K
(~x, ϕ)7→ < ~x, ϕ > est une forme bilin´eaire de E×E∗dans K.
1.2 Hyperplans
D´efinition 1 On appelle hyperplan d’un Kespace vectoriel Etout sous-espace vectoriel de codimension 1.
Proposition 1 Soit Hun hyperplan de E,u /∈Het D=Kula droite vectorielle engendr´ee par u, on a E=H⊕D
Proposition 2 Si ϕ∈E∗, ϕ 6= 0 alors ker ϕest un hyperplan de E
Proposition 3 Soit Hun hyperplan de E, on a :
1. L’ensemble des formes lin´eaires dont le noyau contient Hest une droite vectorielle de E∗
2. Pour e /∈Hil existe une unique forme lin´eaire ϕtelle que ker ϕ=Het ϕ(e) = 1
Cons´equence : Si (ϕ1, ϕ2)∈E∗×E∗et ker ϕ1= ker ϕ2, alors ∃λ∈K, λ 6= 0 tel que ϕ2=λϕ1.
Proposition 4 Soit Eun espace vectoriel de dimension finie et ~e un vecteur de E, on a :
•Si ~e 6=~
0alors il existe une forme lin´eaire ϕ∈E∗telle que ϕ(~e) = 1.
•~e =~
0si et seulement si ∀ϕ∈E∗, ϕ(~e) = 0
2 Dualit´e en dimension finie
Dans ce paragraphe on suppose que Eest de dimension finie dim E=n, soit B0= (~e1, . . . , ~en) une base de E.
2.1 Equation d’un hyperplan
Soit ϕ∈E∗on a ϕ:E→K
~x =x1~e1+. . . +xn~en7→ a1x1+. . . +anxn
avec ∀k∈[[1, n]], ak=ϕ(ek)
ϕ6= 0 ⇔(a1, . . . , an)6= (0, . . . , 0)
Pour ϕ6= 0, l’hyperplan ker ϕadmet pour ´equation : a1x1+. . . +anxn= 0
Tout hyperplan Hde Eest le noyau d’une forme lin´eaire non nulle, de sorte qu’il existe (a1, . . . , an)∈Kn\ {0}tel
que Hadmette pour ´equation : a1x1+. . . +anxn= 0.
Proposition 5 Soit H1et H2deux hyperplans admettant pour ´equation respective
H1:a1x1+. . . +anxn= 0
H2:b1x1+. . . +bnxn= 0
on a : H1=H2si et seulement si ∃λ∈K, λ 6= 0,(b1, . . . , bn) = λ(a1, . . . , an).
Proposition 6 L’application θ:E∗→Kn
ϕ7→ (ϕ(e1), . . . , ϕ(en)) est un isomorphisme d’espace vectoriel
LGT Baimbridge 1 C.Susset