Exercice 28 – Soit Eun R-ev de dimension finie, et soit u∈ L(E).
1. Montrer que la suite de sous-espaces vectoriels (Ker uk)k∈Nest croissante pour l’inclusion, et la suite (Im uk)k∈N
est décroissante.
2. Montrer que s’il existe p∈Ntel que Ker(up) = Ker(up+1), alors Ker(uk) = Ker(up)pour tout k>p. Qu’en est-il
de Im(uk)?
3. Montrer que pour une telle valeur de p,Ker(up)et Im(up)sont supplémentaires dans E.
4. Montrer que la suite (dim Ker up+1 −dim Ker up)p∈Nest décroissante. En d’autres termes, les sauts de dimension
sont de plus en plus petits.
Indication : Introduire un supplémentaire de Ker updans Ker up+1
5. On suppose que uest nilpotent et que dim(Ker u) = 1. Montrer que pour tout k6dim(E),dim(Ker(uk)) = k.
Exercice 29 –(X) – Condition pour que rg(g)6rg(f)
Soit Eet Fdeux K-ev non nuls de dimension finie, fet gdans L(E, F ). Montrer que rg(g)6rg(f)si et seulement s’il
existe h∈GL(F)et k∈ L(E)tels que h◦g=f◦k.
Exercice 30 –(X) – Produit commutatif d’endomorphismes nilpotents
Soit Eun K-ev de dimension finie n, et u1,...,undes endormophismes nilpotents de E, qui commutent deux à deux.
Que vaut u1◦u2◦ · · · ◦ un?
Exercice 31 –(X) – Somme de projecteurs
Soit Eun Kespace vectoriel de dimension finie n, où Kest un sous-corps de C. On se donne nendomorphismes non nuls
de E,p1,...,pn, tels que pour tout (i, j)∈[[1, n]]2,pi◦pj=δi,j pi.
1. Montrer que pour tout i∈[[1, n]],rg(pi) = 1
2. Montrer que les sous-espaces Im(pi)sont en somme directe.
Exercice 32 –(X) – Idéaux à gauche de L(E)
On rappelle qu’un idéal à gauche d’un anneau Aest un sous-groupe additif de Astable par multiplication à gauche par
un élément de A. Soit Eun espace vectoriel de dimension finie. On note, pour tout Fsous-espace de E,
g(F) = {u∈ L(E), F ⊂Ker(u)},
et si Hest une partie de L(E), on note f(H) = T
u∈H
Ker(u).
1. Vérifier que, pour tout sous-espace vectoriel Fde E,g(F)est un idéal à gauche de L(E)et que l’on a (f◦g)(F) = F.
2. Soit Iun idéal à gauche de L(E)
(a) Soit u∈I,v∈ L(E)tel que Ker(u)⊂Ker(v). Montrer que v∈I.
(b) Si pet qsont des projecteurs appartenant à I, montrer qu’il existe un projecteur rdans Itel que Ker(r) =
Ker(p)∩Ker(q).
(c) Prouver qu’il existe un projecteur pappartenant à Itel que Ker(p) = f(I), puis que I=L(E)p.
(d) Étudier g◦f(I)et conclure.
Exercice 33 –(d’après ENS) – Simplicité de L(E)
Soit Eun espace de dimension finie. Montrer que les seuls idéaux bilatères (c’est-à-dire stables par mulitplication à droite
et à gauche) de L(E)sont {0}et E. cela reste-t-il vrai en dimension infinie ?
Exercice 34 –(ENS) – Racine de la dérivation
Soit E=C∞(R,C), et D=E→El’opérateur de dérivation. Existe-t-il Tdans L(E)tel que T◦T=D?
Exercice 35 –(ENS) – Théorème de Maschke
Soit Eun C-espace vectoriel de dimension finie n>1,Gun sous-groupe fini de GL(E), et Fun sous-espace vectoriel de
Estable par tous les éléments de G. Montrer que Fadmet un supplémentaire stable par tous les éléments de G.
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