Université de Bordeaux I – 2012/13 MOSE 1003
Feuille de TD no5
Vecteurs propres, valeurs propres, diagonalisation
Exercice 1
On considère la matrice définie par A=1 2
1 4.
1. Déterminer les valeurs propres de Apuis les vecteurs propres associés.
2. Expliquer pourquoi la matrice Aest diagonalisable.
3. Trouver des matrices Ddiagonale et Pinversible telles que A=P DP 1.
4. En déduire en fonction de nla matrice Anpour tout entier naturel n.
Exercice 2
Soit la matrice définie par A=m1
1m0mest un paramètre réel.
1. Montrer que les valeurs propres de Asont données par 1et m1.
2. En déduire en fonction de mles vecteurs propres associés.
3. Montrer que Aest diagonalisable si et seulement si m6= 2.
4. Écrire dans ce cas Asous la forme A=P DP 1Ddiagonale et Pinversible.
5. Calculer la matrice Akpour tout entier naturel k.
* Exercice 3
Soient Cl’ensemble des nombres complexes et la matrice définie par A=2 1
52.
1. Déterminer dans Cles valeurs propres de A.
2. En déduire les vecteurs propres associés.
3. Déduire de ce qui précède une diagonalisation de Adans C.
Diagonalisation et ses applications
Exercice 4
Soient (xn)et (yn)deux suites vérifiant pour tout entier n0le système d’équations récurrentes
xn+1 =xnyn
yn+1 = 2xn+ 4yn.
On cherche à exprimer le terme général xnen fonction de net x0, de même le terme général ynen fonction
de net y0. Pour cela, on pose pour tout entier n0,Xn=xn
yn.
1. Vérifier que le système ci-dessus s’écrit Xn+1 =AXnavec A=11
2 4 .
2. En déduire que Xn=AnX0pour tout entier n0.
3. Déterminer les valeurs propres de Apuis les vecteurs propres associés.
4. Donner une diagonalisation de la matrice Apuis calculer Anpour tout entier n0.
5. Conclure en utilisant l’égalité Xn=AnX0.
26 novembre 2012 – feuille de TD no51 / 2
Université de Bordeaux I – 2012/13 MOSE 1003
** Exercice 5 Système différentiel linéaire à coefficients constants
Soient x=x(t)et y=y(t)deux fonctions de la variable t. On considère le système d’équations linéaires 2×2
(1) (dx
dt =xy
dy
dt = 2x+ 4y.
On veut résoudre ce système différentiel à deux inconnues xet y. On cherche donc à trouver des fonctions x(t)
et y(t)verifiant le système. Soit le vecteur colonne X=x
y.
1. Vérifier que le système (1) est équivalent à l’égalité
(2) dX
dt =AX avec A=11
2 4 .
2. Déterminer les valeurs propres de Apuis les vecteurs propres associés.
3. En déduire des matrices Ddiagonale et Pinversible telles que D=P1AP .
4. On pose Y=P1X. En utilisant l’égalité (2) puis en remarquant que X=P Y , montrer que
(3) dY
dt =P1dX
dt =DY.
5. On pose Y=u
v. Montrer que l’égalité (3) est équivalente au système différentiel linéaire
(4) (du
dt =au
dv
dt =bv
aet bsont respectivement les valeurs propres de la matrice A.
6. Montrer que les solutions du système (4) sont de la forme
(5) (u=C1eat
v=C2ebt
C1et C2sont des constantes arbitraires.
7. En revenant à l’égalité X=P Y , déduire des solutions données par (5) l’ensemble des solutions du
système (1).
26 novembre 2012 – feuille de TD no52 / 2
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