Correction des exercices
Exercice 1.— 1. fest l’application lin´eaire canoniquementassoci´ee `a la ma-
trice
A=2−1 0
0 1 1
2. Im fest le sev engendr´epar les vecteurs canoniquementassoci´es aux colonnes
de AIm f=Vect R(2,0),(−1,1),(0,1)=Vect (1,0),(0,1)=R2.
Ker fest l’ensemble des solutions du syst`eme d’´equations lin´eaires homog`ene,
(S0)A×X=0. Or en r´esolvantpar remont´ee, on obtientais´ementKer f=
{(−z/2,−z,z),z∈R}=Vect {(−1,−2,2)}.
3. Comme Im f=R2,fest surjective, comme Ker f6={0R3},fn’est pas injec-
tive. N
Exercice 2.— 1. 2. La d´emonstration sera par analyse-synth`ese.
•Analyse :supposons qu’une telle application lin´eaire f:R3→R2existe.
Remarquons tout d’abord que les vecteurs ~u=(1,0,0),~v=(1,1,0),~w=
(1,1,1) formentune base de R3.Pour le prouver, utilisons la caract´erisation
des bases :
Soit (x, y,z)∈R3,montrons qu’il existe un unique triplet (λ1,λ2,λ3)∈R3
tel que
(1) λ1·(1,0,0) +λ2·(1,1,0) +λ3·(1,1,1) =(x, y,z)
Cette ´equation vectorielle se traduit enidentifiantles coordonn´ees dans la
base can de R3par le syst`eme triangulaire `a coefficients diagonauxnon nuls :
(1) ⇐⇒
λ1+λ2+λ3=x
λ2+λ3=y
λ3=z
⇐⇒
λ1=x−y
λ2=y−z
λ3=z
Ce syst`eme admet une unique solution. Par cons´equent, la famille ~u, ~v,~w
est une base de R3.D’apr`es le Lemme fondamental,fest enti`erementet
uniquementd´etermin´ee par la donn´ee de f(~u),f(~v),f(~w). De plus, pour tout
vecteur (x, y,z)∈R3,(x, y,z)se d´ecompose dans la base (~u, ~v,~w):
(x, y,z)=(x−y)·~u+(y−z)·~v+z·~w
Par lin´earit´ede f, il en r´esulte que
f(x, y,z)=(x−y)·f(~u)+(y−z)·f(~v)+z·f(~w)
=(x−y)·(0,1) +(y−z)·(1,0) +z·(1,1)
=(y−z+z,x−y+z)=(y,x−y+z)
Ainsi, fest l’application lin´eaire canoniquementassoci´ee `a la matrice
A=0 1 0
1−1 1
•Synth`ese :R´eciproquement, on v´erifie ais´ementque l’applicationlin´eaire
canoniquementassoci´ee `a Av´erifie f(1,0,0) =(0,1),f(1,1,0) =
(1,0),f(1,1,1) =(1,1).
3. Im fest le sev de R2engendr´epar les vecteurs canoniquementassoci´es aux co-
lonnes de A.Donc Im f=Vect {(0,1),(1,−1),(0,1)}=Vect {(0,1),(1,0)}=
R2.Par cons´equentfest surjective.
Ker fest l’ens des solutions du syst`eme d’´equations lin´eaire homog`ene (S0)
A×X=0.
y=0
x−y+z=0⇐⇒ x=−z
y=0
Par cons´equent, Ker f={(−z,0,z),z∈R}=Vect R{(−1,0,1)}.Enparticu-
lier, Ker fn’´etantpas r´eduit `a {~
0},fn’est pas injective. N
Exercice 3.— 1. Im fest le sev de R5engendr´epar les vecteurs canoniquement
associ´es aux colonnes de A.Notons ~u1=(1,1,1,1,1) et ~u2=(1,0,0,0,1). De
sorte que Im f=Vect (~u1,~u2). Ker fest l’esnmble des solutions du syst`eme
d’´equations lin´eaires homog`ene A×X=0. Gauss’ algorithm then yields
Ker f=Vect (~u3,~u4,~u5),
o`u~u3=(−1,0,0,0,1),~u4=(0,−1,1,0,0),~u5=(0,−1,0,1,0)
2. Montrer que (~u1,~u2,~u3,~u4,~u5)est une base de E.Conclure.
3. Calculer par exemple f(0,1,0,0,0) et f◦f(0,1,0,0,0). N
Exercice 4.— 1. Utiliser la d´efinition. Soit (λ1,λ2)∈C2et (P1,P2)∈E2.
Alors
f(λ1P1+λ2P2)=X×(λ1P1+λ2P2)′−(λ1P1+λ2P2)
=λ1X×P1−P1+λ2X×P2−P2
=λ1f(P1)+λ2f(P2)
2. Pour d´eterminer l’image de f,se rappeler qu’elle est engendr´ee par les images
des vectuers d’une base de E.
En prenantcomme base, B={1,X, . . . , Xn}la base canonique de Cn[X], on
obtientque
Im f=Vect {1,X2,X3,...,Xn}
Pour d´eterminer le noyau de f, il s’agit de r´esoudre dans El’´equation
(1) XP′=P
En raisonnantsur les degr´es, montrez que Ker f⊂C1[X]. Puis montrer que
Ker f=Vect {X}.N
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