9.8 On recherche un scalaire λ et un vecteur non nul v = ( v1 v2) tels

9.8 On recherche un scalaire λet un vecteur non nul v=v1
v2tels que Av=λ·v,
c’est-à-dire
1 2
3 2v1
v2=v1+ 2 v2
3v1+ 2 v2=λ·v1
v2=λ v1
λ v2
Il s’agit donc de résoudre le système suivant :
v1+ 2 v2=λ v1
3v1+ 2 v2=λ v2
(1 λ)v1+ 2 v2= 0
3v1+ (2 λ)v2= 0
Résolvons ce système en échelonnant la matrice correspondante :
1λ20
3 2 λ0L2(1 λ) L23 L1
=1λ20
0 (1 λ) (2 λ)3·2 0
D’après le théorème de la page 2.6, ce système d’équations possède une solution
unique, à savoir v1=v2= 0, si la matrice associée à ce système est de rang 2.
Pour obtenir un vecteur propre vnon nul, il faut donc que la matrice associée
à ce système ne soit pas de rang 2, en d’autres termes, il faut que
0 = (1 λ) (2 λ)3·2 = λ23λ4 = (λ4) (λ+ 1)
1) Si λ= 4, nous nous retrouvons face au système suivant :
v1+ 2 v2= 4 v1
3v1+ 2 v2= 4 v2
3v1+ 2 v2= 0
3v12v2= 0 3v12v2= 0
On constate que v2est une variable libre ; en posant v2=α, on obtient :
(v1=2
3α
v2=α=1
3α2
3
On en déduit ainsi que λ= 4 est une valeur propre à laquelle est associée
l’espace propre E4=2
3.
2) Dans le cas λ=1, nous avons affaire au système suivant :
v1+ 2 v2=v1
3v1+ 2 v2=v2
2v1+ 2 v2= 0
3v1+ 3 v2= 0 v1+v2= 0
On constate que v2est une variable libre ; en posant v2=α, on obtient :
v1=α
v2=α=α1
1
On conclut par conséquent que λ=1est une valeur propre à laquelle
est associée l’espace propre E1= 1
1.
Comme le montre la preuve du théorème du haut de la page 9.4, l’endomor-
phisme de R2associé à la matrice Adans la base canonique admet, dans la
base des vecteurs propres B=2
3;1
1, pour matrice A=4 0
01.
Algèbre linéaire : diagonalisation des endomorphismes Corrigé 9.8
La matrice Aest donc semblable à la matrice diagonale A, étant donné que
A= P1AP Pdésigne la matrice de passage de la base canonique à la
base Bdes vecteurs propres.
Vérifions ces affirmations par le calcul.
P = 2 1
31
Utilisons la méthode de Gauss-Jordan pour calculer P1:
2 1 1 0
31 0 1 L22 L23 L1
=2 1 1 0
053 2 L2 1
5L2
=
2 1 1 0
0 1 3
52
5L1L1L2
= 2 0 2
5
2
5
0 1 3
52
5!L11
2L1
= 1 0 1
5
1
5
0 1 3
52
5!
On a donc trouvé P1= 1
5
1
5
3
52
5!.
P1AP = 1
5
1
5
3
52
5!1 2
3 22 1
31= 4
5
4
5
3
5
2
5!2 1
31=4 0
01
Algèbre linéaire : diagonalisation des endomorphismes Corrigé 9.8
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