PCSI1-PCSI2 DS n˚09 - SAMEDI 21 MAI 2016 - 3 heures 2015-2016
La calculatrice n’est pas autorisée. Les résultats seront encadrés ou soulignés .
Exercice 1 Dans tout le problème, on note 𝐶=
8 2 −2
254
−2 4 5
.
On note 𝑓l’endomorphisme canoniquement associé à la matrice 𝐶, donc 𝑓∈ ℒ(ℝ3).
On note ℬ𝑐= (⃗𝑒1, ⃗𝑒2, ⃗𝑒3)la base canonique de ℝ3.
Partie I - Sous espaces définis par 𝑓et calcul de 𝐶𝑛
1. (a) Calculer det (𝐶). Que peut-on en déduire pour 𝑓?
(b) Préciser le rang de 𝑓.
2. (a) Déterminer une base, notée ℬ1,de Ker(𝑓)et une base, notée ℬ2de Im(𝑓).
(b) Soit ℬ= (⃗𝑎,⃗
𝑏,⃗𝑐)la famille obtenue en écrivant, dans l’ordre, les vecteurs de ℬ1et de ℬ2.
Montrer que ℬest une base de ℝ3.
(c) Que peut-on en déduire concernant les sous-espaces Ker(𝑓)et Im(𝑓)?
3. (a) Préciser la matrice de passage, notée 𝑃, de ℬ𝑐àℬ.
(b) Soit 𝐷la matrice de 𝑓dans la base ℬ: déterminer 𝐷.
Quelle relation lie les matrices 𝐶et 𝐷?
(c) Calculer 𝐷𝑛pour 𝑛∈ℕ.
(d) Montrer que 𝑄=1
9𝐶est la matrice d’un projecteur 𝜔de ℝ3dont on précisera les éléments
caractéristiques.
(e) En déduire 𝐶𝑛pour 𝑛∈ℕ.
4. Soit 𝜑:ℝ2[𝑋]−→ ℝ2[𝑋]définie par 𝜑(𝑃(𝑋)) = (𝑃′′ (𝑋)−𝑃(−2)) 𝑋2+ (𝑋−1)2.
(a) Ecrire 𝐸, la matrice de 𝜑dans la base canonique de ℝ2[𝑋].
(b) En déduire une base de l’image et du noyau de l’endomorphisme 𝜑.
(c) Calculer 𝐸+ 9𝐼3, où 𝐼3désigne la matrice unité de ℳ3(ℝ).
(d) Calculer 𝐸𝑛pour tout entier 𝑛≥1.
En déduire une expression de 𝜑𝑛(2 −𝑋+𝑋2).
Partie II - Une décomposition de 𝐶
1. On note 𝐿1,𝐿2et 𝐿3les lignes de 𝐶, respectivement dans cet ordre.
Montrer que 𝐿1est combinaison linéaire de 𝐿2et de 𝐿3. On indiquera clairement les coefficients
réels 𝛼et 𝛽de cette combinaison.
2. Soit 𝐵=𝑡(𝐶2∣𝐶3)∈ ℳ2,3(ℝ), la transposée de la matrice obtenue à partir des deuxième et
troisième colonnes 𝐶2et 𝐶3de la matrice 𝐶: déterminer une matrice 𝐴∈ ℳ3,2(ℝ)dont les
coefficients sont dans l’ensemble {0,1, 𝛼, 𝛽}et telle que 𝐴𝐵 =𝐶.
3. Calculer 𝐵𝐴.
–1/4– Lycée Faidherbe, Lille