Programme des colles de maths
Propri´et´e. Soit (Ei)1≤i≤nn sous-espaces vectoriels de Edeux `a deux orthogonaux. Alors ils forment
une somme directe que l’on note E1
⊥
M· · ·
⊥
MEn=
⊥
M
1≤i≤n
Ei.
D´efinition. On dit que Gest un suppl´ementaire orthogonal de Fsi et seulement si E=F⊥
⊕G.
Propri´et´e. Un sous-espace vectoriel Fde Eadmet au plus un suppl´ementaire orthogonal. C’est F⊥.
2.2 En dimension finie
Propri´et´e. Si Eest de dimension finie, l’application E−→ L(E, R)
x7−→ < x, . > est un isomorphisme.
Th´eor`eme. On ne suppose pas que Eest de dimension finie.
Si Fest un sous-espace vectoriel de dimension finie de E, alors F⊥est l’unique suppl´ementaire
orthogonal de F. De plus F= (F⊥)⊥.
D´efinition. On appelle espace euclidien tout espace pr´ehilbertien de dimension finie.
Propri´et´e.
Si Fet Gsont deux sous-espaces vectoriels de Esuppos´e euclidien, alors (F∩G)⊥=F⊥+G⊥.
Propri´et´e. Si Fest un sous-espace vectoriel de Esuppos´e euclidien, alors dim(F⊥) = dimE−dimF .
Propri´et´e. Soit e= (e1, . . . , en) une base orthonorm´ee de E. Soient xet ydes vecteurs de Edont
les coordonn´ees dans la base esont donn´ees sous forme de vecteurs colonnes not´es Xet Y. Alors
< x, y >=tY X =tXY.
D´efinition. (hors programme) La matrice du produit scalaire dans la base eest ´egale `a :
mat(< ., . >, e)=(< ei, ej>)1≤i≤n
1≤j≤n
∈ Mn(R).
Formule. (hors programme) Soit eune base quelconque de E. On note Ω la matrice de < ., . > dans
la base e. Soient xet ydeux vecteurs de E, dont les coordonn´ees dans esont donn´ees sous la forme
des vecteurs colonnes Xet Yde Rn. Alors < x, y >=tXΩY=tYtΩX=X
1≤i≤n
1≤j≤n
xiyjωi,j .
2.3 Distance d’un vecteur `a un sous-espace vectoriel
D´efinition. Soit Fun sous-espace vectoriel de Etel que FLF⊥=E. On appelle projection
orthogonale sur F, la projection sur Fparall`element `a F⊥. Dans ce chapitre, elle est not´ee pF.
Formule. Soit Fun sous-espace vectoriel de dimension finie de E. On suppose que Fest muni d’une
base orthonorm´ee e= (e1, . . . , en). Alors, pour tout x∈E,pF(x) =
n
X
i=1
< ei, x > ei.
D´efinition. Si a, b ∈E, on appelle distance de a`a bla quantit´e d(a, b) = ka−bk.
D´efinition. Si a∈Eet si Best une partie non vide de E, on appelle distance de a`a Bla quantit´e
d(a, B) = inf{d(a, b)/b ∈B}.
Th´eor`eme de la projection orthogonale : soient a∈Eet Fun sous-espace vectoriel de
dimension finie de E.
Alors, d(a, F ) = d(a, pF(a)) et pour tout y∈F\ {pF(a)},d(a, y)> d(a, F ).
De plus, kak2=kpF(a)k2+d(a, F )2et, si (e1, . . . , en) est une base orthonorm´ee de F, on dispose
de l’in´egalit´e de Bessel : kak2≥
n
X
i=1
< ei, a >2.
Propri´et´e. On suppose que Eest de dimension finie n≥1. Soit Hun hyperplan affine de E, passant
par un point Aet dirig´e par l’hyperplan vectoriel H:
c
Eric Merle 3MP F´enelon