Algèbre linéaire (III) : Espaces de dimension quelconque 1. Soit f : x

Algèbre linéaire (III) : Espaces de dimension quelconque
1. Soit f:x7−ln(1 + x); on pose f0(x) = xet kNfk+1 =fkf.
Démontrer que la famille (fk, k N)est libre de C(R+,R).A6-024
Soit une sous-famille finie (fk1, ..., fkp)ordonnée de manière que k1< ... < kpet (λ1, ..., λp)Rp
tel que
p
X
i=1
λifki= 0.
fk+1 =fkf=ffk= ln(1 + fk)donc par récurrence immédiate kN,lim
+
fk= +et
donc kN, fk+1 =o+(fk).
Si λ16= 0, alors 0 =
p
X
i=1
λifki
+
λ1fk1ce qui est absurde donc il faut que λ1= 0 et ainsi de
suite jusqu’à λp= 0.
2. Soit Eun Kespace vectoriel, pun projecteur et fLK(E). Démontrer que pcommute
avec fsi et seulement si Im(p)et ker(p)sont stables par f. A6-14
On sait que, si pcommute à f, alors Im(p)et ker(p)sont stables par f.
Supposons Im(p)et ker(p)stables par f et soit xE.
Si xIm(p), alors f(x)Im(p)donc xet f(x)sont invariants par pd’où (fppf)(x) = f(x)f(x)=0.
Si xker(p), alors f(x)ker(p)donc (fppf)(x) = f(0) 0=0.
pest un projecteur donc Im(p)et ker(p)sont supplémentaires d’où le cas xquelconque.
3. Soit uL(E). Prouver que ker(u3u) = ker uker(uId)ker(u+Id).
u3u= (u2Id)udonc ker uker(u3u)et de même pour ker(uId)et ker(u+Id).
Soit L0(X) = (X1)(X+ 1)
(1).(1) , L1(X) = X(X+ 1)
(1).(2) , L1(X) = X(X1)
(1).(2) la base de Lagrange
de K2[X]associée à (0,1,1) et xker(u3u).
Soit x0= (L0(u))(x), x1= (L1(u))(x), x1= (L1(u))(x).
L0+L1+L1= 1 donc L0(u) + L1(u) + L1(u) = IdEet x=x0+x1+x1.
u(x0) = u3u
(1).(1)(x)=0donc x0ker uet de même pour les 2 autres termes.
On a donc prouvé que : ker(u3u) = ker u+ ker(uId) + ker(u+Id).
Soit (x0, x1, x1)ker u×ker(uId)×ker(u+Id)tel que x0+x1+x1= 0.
(i, j)∈ {0,1,1}2, i 6=j(Li(u))(xj)=0.
x0= (L0(u) + L1(u) + L1(u))(x0) = (L0(u))(x0) = (L0(u))(x1+x1)donc x0= 0 et de
même pour x1et x1donc la somme est directe.
4. Soit Ede dimension finie net uL(E)de rang rtel que uu= 0L(E). Prouver que
rn/2et qu’il existe une base de Edans laquelle la matrice de uest 0nr,r 0nr,nr
Idr0r,nr.
Im(u)ker(u)donc rnr.
Soit (εnr+1, ..., εn)une base de Im(u). Il existe (enr+1 , ..., en)tel que i, u(ei) = εi.
F= (enr+1, ..., en)est libre (puisque son image par ul’est) et V ect(F)ker u={0}car
X
i
λiei= 0 X
i
λiεi= 0 ⇒ ∀i, λi= 0.
Il existe donc une base (e1, ..., enr, enr+1, ..., en)adaptée à ker uV ect(F)qui répond à la
question.
5. Soit E=C([0,1],C). Pour fE, on pose φ(f)(x) = 1
xZx
0
f(t)dt si x6= 0 et φ(f)(0) = f(0).
Démontrer que φest un endomorphisme de E. Est-il injectif ? surjectif ? Déterminer ses
éléments propres. a0-088
D’après le thm fondamental, F=x7→ Zx
0
fet Φ(f)sont C1donc C0sur ]0,1].
Φ(f)(x) = F(x)F(0)
x0x0F0(0) = f(0) donc Φ(f)est continue en 0+.
De plus ... donc φest linéaire.
fker Φ ⇒ ∀x]0,1], F (x)=0et f(0) = 0.
F∈ C1([0,1]) donc x]0,1], F (x)=0 ⇒ ∀x[0,1], F (x)=0 (F(0) = 0 et x[0,1], F 0(x) = f(x)=0
Exercices de Mathématiques PC - Mathilde PETIT - 2011
Algèbre linéaire (III) : Espaces de dimension quelconque
donc ker φ=O).
Im(φ)⊂ C1(]0,1]) ∩ C0([0,1]) donc Φn’est pas surjective.
Φest injectif donc 0n’est pas valeur propre. Soit λR.
((1) f∈ C0([0,1]) et φ(f) = λf)(f∈ C0([0,1]) et x[0,1[, F (x) = λxf(x)et f(0) = λf (0)).
Cas λ6= 1 :
Alors (1) f∈ C0([0,1]) et
f(0) = 0
x> F (x)λxf(x)est constante sur ]0,1]
lim
x0F(x)λxf(x)=0
or f=F
Id est C1sur ]0,1] donc
(1) f∈ C0([0,1]) et f(0) = 0
x]0,1], f(x)λxf0(x)λf (x)=0
(1) f∈ C0([0,1]) et x]0,1], f (x) = Kx
1λ
λ(2).
λest valeur propre si et seulement s’il existe K6= 0 tel que Fdéfinie en (2) est de lim-
ite 0en 0ie ssi 1λ
λ>0ou λ]0,1[. L’espace propre est alors la droite engendrée par
x7→ x
1λ
λsi x6= 0,0sinon.
Cas λ= 1 :(1) f∈ C0([0,1]) et f=K.1est valeur propre et E1est l’ensemble des
constantes de C0([0,1]).
6. Dans E,K-espace vectoriel de dimension finie n, soit f1, f2, ...fnnendomorphismes nilpo-
tents et deux à deux permutables.
Montrer que : f1f2f3... fn= 0.A7-060
Soit gk=fnk... fnet rk=rg(gk)pour k= 0...n 1. Il s’agit de prouver que rn1= 0.
Si kn2, alors Im(gk+1) = fnk1(Im(gk)) donc rk+1 rk:(rk)est une suite finie décrois-
sante d’entiers naturels.
Supposons kn2et rk6= 0.
gkcommute avec fnk1donc fnk1induit un endomorphisme hde Im(gk)et Im(h) = Im(gk+1).
Le thm du rang donne : dim(Im(gk)) = dim ker h+ dim Imhsoit rk= dim ker h+rk+1.
hest nilpotent sur Im(gk)qui n’est pas l’espace {0}donc dim ker h1non inversible donc
rk+1 < rkie la décroissance est stricte.
Il y a donc 2 cas possibles : ou bien rn2= 0 ; alors rn1rn2= 0. Ou bien rn26= 0 ; alors
rn1< rn2< rn3< ... < r0=rg(fn);fnest nilpotent sur E6={0}donc r0n1et encore
rn10.
7. Soit p1, p2, ..., pnnprojecteurs d’un Kespace vectoriel de dimension finie.
Montrer que : p1+p2+... +pnest un projecteur ⇒ ∀(i, j)pipj=δj
ipi.
(On pourra montrer que Im(
n
X
1
pi) =
n
M
1
Impi.) a7-70
8. Soit Eun Kespace vectoriel de dimension quelconque et pun entier naturel non nul.
φ1, ..., φpsont des formes linéaires sur E.
Démontrer que (φ1, ..., φp)libre (xE7→ (φ1(x), ..., φp(x)) Kp)surjective.
9. Soit E=Mn,1(R),E?son dual et E?? le dual de E?. Prouver que Θ : XE7→ Θ(X)=(YE7→tX Y K)
est un isomorphisme entre Eet E??.
10. Soit f= (x7→ xexcos x), g = (x7→ exsin x), h = (x7→ arctan x). Prouver que (f, g, h)est une famille libre de RR.a6-037
11. Soit nréels a1, a2, ..., an; pour tout entier k, Φk(x) = 1
x2+a2
k
; la famille des Φkest-elle libre dans l’espace des
applications de Rdans R?Mines a6-16
12. Soit Eun Respace vectoriel et fL(E)pour lequel il existe un polynôme PR[X]tel que :
P(0) = 0, P 0(0) 6= 0, P (f) = 0.
Prouver que E=Im(f)ker(f).Mines a6-004
Exercices de Mathématiques PC - Mathilde PETIT - 2011
Algèbre linéaire (III) : Espaces de dimension quelconque
13. Soit Vun espace vectoriel de dimension n,W1et W2deux sous-espaces de Vde même dimension q. Démontrer
que W1et W2ont un supplémentaire commun. a7-75
14. Soit Eun Kespace vectoriel de dimension n, fL(E)nilpotent d’ordre p,aEtel que fp1(a)6= 0 et
F=Vect f(k)(a)kN.
(a) Prouver que f(k)(a)k[[ 0,p1 ]] est une base de F.
(b) Soit ϕEtel que ϕ(f(p1)(a)) 6= 0 ; prouver que ϕexiste. Soit H={xE/kNϕfk(x)=0};
démontrer que Hest un supplémentaire de Fstable par f.
(c) Décrire la matrice de fdans une base adaptée à FH.
Prouver qu’il existe une base Bde Etelle que la matrice Ade fdans Bvérifie ai,j = 0 si j6=i+ 1 et
ai,i+1 ∈ {0,1}.A7-80
15. Soit Eun espace vectoriel de dimension n,pun projecteur de rang rnon nul et distinct de n; soit l’application
Φqui à fL(E)associe pf+fp. Déterminer les valeurs propres de Φet les dimensions des sous-espaces
propres associés. Mines a0-042
16. Soit fune fonction continue de [0,1] dans C.
On lui associe la fonction g=u(f)définie par g(x) = Z1
0
inf(x, t)f(t)dt.
Démontrer que uest un endomorphisme de C([0,1],C).
Déterminer les éléments propres de u.A0-061
17. Soit A=X41et B=X4X. A tout élément Pde R3[X], on associe le reste φ(P)de la division euclidienne
de AP par B.
Démontrer que φest un endomorphisme de R3[X]; déterminer son noyau et ses éléments propres. A0-101
18. Soit E=R[X], n Net fl’application de Edans Equi, à tout polynôme Passocie le polynôme f(P)défini par :
[f(P)](X) = (aX)(Xb)P0(X) + nXP (X)
aet bsont deux nombres réels.
Démontrer que fest un endomorphisme de Eet déterminer ses éléments propres.
Démontrer que le sous-espace Rn[X]est stable par f.a0-058
19. Soit El’espace vectoriel sur Rdes fonctions continues sur hπ
2,π
2i, à valeurs réelles.
Si fE, on note Fl’application de hπ
2,π
2idans Rdéfinie par :
xhπ
2,π
2i, F (x) = Zπ
2
π
2
sin(2|xy|)f(y)dy.
On note Al’application définie par fE A(f) = F.
Montrer que Aest un endomorphisme injectif de E.
Déterminer les vecteurs propres et les valeurs propres de A.a0-41
Exercices de Mathématiques PC - Mathilde PETIT - 2011
1 / 3 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !