Christophe Bertault — Mathématiques en MPSI DÉTERMINANTS
a) Trouver un exemple d’application f∈ L R2
pour laquelle : f2=−IdR2.
b) Même question avec R2nà la place de R2.
3) Trouver un exemple d’application f∈ L Cn
pour laquelle : f2=−IdCn.
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20 Soient Eun K-espace vectoriel de dimension finie n¾1
et u,v∈ L (E). On suppose que uet vcommutent et que
vest nilpotent, i.e. qu’une certaine puissance de vest
nulle.
1) Montrer que Im vest stable par uet v.
2) En déduire la forme des matrices de uet v
dans une base de Eadaptée à Im v.
3) Montrer par récurrence sur nl’égalité :
det(u+v) = det(u).
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6 EXERCICES DIVERS
21 Que dire de l’inversibilité d’une matrice antisymé-
trique ?
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22 Soient A∈GLn(K)et B∈Kn. On note Xl’unique
solution du système de Cramer : AX =B, et pour
tout j∈¹1, nº,Ajla matrice obtenue en remplaçant
la jème colonne de Apar B. Montrer, en développant
det(Aj)par rapport à l’une de ses colonnes, que pour
tout j∈¹1, nº:xj=det(Aj)
det(A). Que retrouve-t-on
pour n=2 ?
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23 Soit A∈ Mn(C). On pose : B=(−1)i+jai j 1¶i,j¶n.
En revenant à la définition du déterminant, montrer
l’égalité : det(B) = det(A).
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24 Soient A,B∈ Mn(R). On suppose que Aet B
sont semblables dans Mn(C).
1) Montrer qu’il existe deux matrices U,V∈ Mn(R)
pour lesquelles la matrice U+iVest inversible
et pour lesquelles : AU =U B et AV =V B.
2) Montrer que la fonction x7−→ det(U+xV )de
Rdans Rest polynomiale et non identiquement
nulle.
3) En déduire que Aet Bsont semblables dans Mn(R).
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25 1) Soit r∈¹1, nº. On note Jrla matrice dont tous
les coefficients sont nuls à l’exception des rpre-
miers sur la diagonale, égaux à 1. Trouver une
matrice X∈ Mn(R)pour laquelle :
det(Jr+X)6=det(Jr) + det(X).
2) Déterminer l’ensemble des matrices M∈ Mn(R)
telles que pour tout X∈ Mn(R):
det(M+X) = det(M) + det(X).
3) Soient A,B∈ Mn(R). On suppose que pour tout
X∈ Mn(R): det(A+X) = det(B+X). Mon-
trer qu’alors : A=B.
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26 Soient a,b,c∈Cavec : a6=b. Pour tout
x∈C, on pose : D(x) =
c+x a +x··· a+x
b+x....
.
.
.
.
....a+x
b+x··· b+x c +x
[n]
.
1) Montrer que Dest une fonction affine.
2) En déduire une expression explicite de D(x)pour
tout x∈C.
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27 On note Mn(Z)l’ensemble des matrices carrées de taille
nà coefficients entiers.
1) Montrer que pour tout M∈ Mn(Z):
det(M)∈Z.
2)
a) Soient A,B∈ Mn(Z)et p∈N∗. On suppose
que : ai j ≡bi j [p]pour tous i,j∈¹1, nº.
Comparer det(A)et det(B).
b) La matrice
1 2 3 5
3−1 1 2
0 6 2 1
3−6 3 4
est-elle inver-
sible ?
3) Soit p∈P. On note Mla matrice carrée
de taille pdéfinie pour tous i,j∈¹1, pºpar :
mi j =p
|j−i|. Montrer que Mest inversible
en raisonnant modulo p.
4) Soit M∈ Mn(Z). On suppose que les co-
efficients diagonaux de Msont nuls et que ses
autres coefficients valent tous ±1.
a) Calculer det(M)modulo 2.
b) En déduire l’inégalité : dim Ker M¶1.
On pourra commencer par traiter le cas où
nest pair.
5) On se donne de 2n+1 objets de masses
inconnues x1,...,x2n+1et on suppose que quand
on met de côté l’un quelconque de ces objets,
il est toujours possible de séparer les 2nobjets
restants en deux tas de nobjets de masses to-
tales identiques. Que peut-on dire des masses
x1,...,x2n+1?
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28 Soient E6=0Eun K-espace vectoriel de di-
mension finie n,f∈ L (E)et Bune base de E. Montrer
que pour tous x1,...,xn∈E:
n
X
k=1
detB. . . , xk−1,f(xk),xk+1,...=tr(f)detB(x1,...,xn).
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