résolution dans 73(R) de l@équation du second degré : X 2 φ A

Prépa ECE 2
DM n6/ d’après ECRICOME 19995 / pour le 2/12/2011
On note M3(R)l’espace vectoriel des matrices carrées d’ordre 3à coe¢ cients dans R:
On désigne par E= ("1; "2; "3)la base canonique de R3:
On rappelle que, par dé…nition :"1= (1;0;0); "2= (0;1;0); "3= (0;0;1):
On pose :
A=0
@
16 4 4
18 4 5
30 8 7
1
A
En…n, on désigne par ul’endomorphisme de R3ayant Apour matrice dans la base E:
PREMIERE PARTIE : étude de la matrice A
1. Soient e1= (1;2;2) ; e2= (0;1;1) et e3= (1;1;2)
P=0
@
1 0 1
2 1 1
2 1 2
1
Aet D=0 @
000
010
004
1
A
a) En utilisant la méthode du pivot de Gauss, montrer que Pest inversible et calculer P1:
Montrer que B= (e1; e2; e3)est une base de R3:
b) Calculer u(e1)et en déduire que Aest non inversible.
2. a) Calculer u(e2)et u(e3)et donner la matrice de udans la base B:
b) Justi…er rapidement et sans calcul l’égalité :P1AP =D:
c) Montrer qu’une matrice de M3(R)véri…e D=Dsi et seulement est diagonale.
DEUXIEME PARTIE : résolution dans M3(R)de l’équation du second
degré :X2=A
On se propose dans cette partie de déterminer toutes les matrices Xde M3(R)véri…ant
X2=A
1. On considère X2M3(R)telle que :X2=A;on pose Y=P1XP:
Véri…er que Y2=D;montrer que Y D =DY; puis établir que Yest de la forme :
Y=0
@
0 0 0
00
0 0 20
1
Aavec 2 f1;1get 02 f1;1g:
En déduire la forme de la matrice Xpuis montrer, sans calculer explicitement les coe¢ cients
de X2;qu’une telle matrice Xvéri…e bien :X2=A:
2. Quel est le nombre mde solutions dans M3(R)de l’équation du second degré X2=A?
Sans calculer explicitement ces msolutions X1; X2; :::; Xm;déterminer leur somme S=X1+
X2+   +Xmet exprimer leur produit T=X1X2   Xmen fonction de A:
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TROISIEME PARTIE : calcul de Anet application à une étude de suites
1. Soit n2N;calculer Dnpuis en déduire l’expression de Anen fonction de n:
2. Soient a; b et ctrois réels.
On considère les suites (pn);(qn)et (rn)dé…nies par
p0=a; q0=b; r0=cet, pour tout n2N;8
<
:
pn+1 = 16pn+ 4qn4rn
qn+1 =18pn4qn+ 5rn
rn+1 = 30pn+ 8qn7rn
a) Pour n2N;on pose Un=0
@
pn
qn
rn
1
A:
Exprimer Unà l’aide de Aet de U0;en déduire, que pour n>1;les expressions de pn; qn
et rnen fonction de a; b; c et de n:
b) Déterminer une condition nécessaire et su¢ sante portant sur a; b et cpour que les suites
(pn);(qn)et (rn)tendent vers une limite …nie lorsque ntend vers plus l’in…ni.
Cette condition étant supposée remplie, que peut-on dire des suites (pn);(qn)et (rn)?
QUATRIEME PARTIE : C(A) = fM2M3(R)telle que AM =MAg
1. Montrer que M2C(A)si et seulement P1MP est diagonale.
2. En déduire que C(A)est égal à l’ensemble des matrices de M3(R)de la forme :
aM1+bM2+cM3avec (a; b; c)2R3
où M1; M2et M3sont trois matrices que l’on déterminera.
3. Montrer que (M1; M2; M3)est une famille libre d’éléments de C(A):En déduire l’unicité de
l’écriture d’une matrice Mde C(A)sous la forme du 2.
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