I.C Noyau et image d’une application linéaire
Définition 6. Soit f∈ L(E, F ).
1. On appelle noyau de f, l’ensemble noté :
Ker f=f−1({~
0F}) = {~u ∈E/ f(~u) = ~
0F}
2. On appelle image de f, l’ensemble noté :
Im f=f(E) = {~v ∈F/ ∃~u ∈E, ~v =f(~u)}
Exemples 4 (Exemples généraux).
1. Soit f∈ L(E, F ). Si fest l’application nulle, alors Ker f=Eet Im f={~
0F}.
2. Soit f∈ L(E). Si f=IdE, alors Ker f={~
0E}et Im f=E.
Proposition 4. Si f∈ L(E, F ), alors Ker f(resp Im f) est un sous-espace
vectoriel de E(resp. de F).
Démonstration. Exercice
Exemple 5. {(x, y, z)∈R3/ x + 2y+z= 0}est un s.e.v. de R3car il s’agit
du noyau de la forme linéaire Φ:(x, y, z)7→ x+ 2y+z.
Proposition 5. Soient E, F deux K-e.v. et f∈ L(E, F ), alors :
(i) fest injective si et seulement si Ker f={~
0E}.
(ii) fest surjective si et seulement si Im f=F.
Démonstration.
(i) (⇒) Supposons finjective. Cherchons Ker f.
Si ~u ∈Ker falors f(~u) = f(~
0), donc ~u =~
0(car f est injective). En conclusion, on a
Ker f={~
0}.
(⇐) Supposons Ker f={~
0}. Montrons que fest injective. Soient ~u et ~v ∈Etels que
f(~u) = f(~v), alors f(~u)−f(~v) = 0 = f(~u −~v). D’où ~u −~v ∈Ker f, ce qui montre
~u −~v = 0 et ~u =~v. Donc fest injective.
(ii) Évident.
Exemple 6. Φ : R3→R
(x, y, z)7→ x+ 2y+zest surjective car ∀α∈R, on a
α= Φ((α, 0,0)), et non injective car Φ((1,0,−1)) = (0,0,0) par exemple.
Exercice 2.
1. Montrer que l’application linéaire Φ : K[X]→K[X]
P7→ P0est surjective
et non injective.
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