7. Dans la formule du d´eterminant, tous les coefficients ai,σ(i)o`u iappartient
`a {1, . . . , k}et σ(i) appartient `a {n−k+1, . . . , n}sont nuls. Il ne reste que
les transpositions qui sont un produit d’une transposition des kpremiers
indices et d’une transposition des n−kderniers.
3 Th´eor`eme de Cayley-Hamilton
On peut associer `a un polynˆome une fonction qui transforme une matrice en
une matrice. Il suffit d’utiliser le fait que les fonctions puissances sont d´efinies
pour les matrices. Ces polynˆomes de matrice ont des propri´et´es plus faibles que
les polynˆomes sur le corps R.
1. Elle associe `a toute matrice une matrice constante ´el´ement neutre de la
multiplication.
2. 0 et Insont solutions.
Le th´eor`eme de Cayley-Hamilton ´enonce que le polynˆome caract´eristique de M
s’annule pour la matrice M. Pour d´emontrer le th´eor`eme, il suffit de d´emontrer
le r´esultat ´equivalent pour l’application lin´eaire qui correspond `a la matrice dans
une base fix´ee. Soit p(X) = anXn+· · · +a0le polynˆome caract´eristique de M.
Soit fl’application repr´esent´ee par Mdans la base (e1, . . . , en). On va montrer
que p(X) s’annule pour la fonction f. On d´efinit
p(f) = anfn+· · · +a0Id
o`u les puissances correspondent `a la composition (par exemple f2=f◦f) et
Id `a l’application lin´eaire identit´e qui `a xassocie x. On va montrer que p(f)
est la fonction nulle. Pour cela on montre que p(f)(x) = 0 quel que soit x.
Consid´erons d’abord un xtel que (x, f(x), fn−1(x)) est une base de E.
1. Seule l’image du dernier vecteur n´ecessite l’introduction de coordonn´ees.
c’est la matrice compagnon du polynˆome
2. La forme particuli`ere de la matrice permet un calcul rapide : on obtient
un polynˆome dont les coefficients sont les coefficients apparaissant dans la
derni`ere colonne de N.
3. Calculer `a partir des puissances successives de f(x) qui apparaissent dans
la matrice N.
4. Formule de changement de base et propri´et´e du d´eterminant par rapport
au produit.
5. qet psont ´egaux.
Consid´erons maintenant un xtel que (x, f(x), . . . , fk−1(x)) est libre, mais pas
(x, f(x), . . . , fk(x)) avec 0 < k < n.
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