Exercice 4.
Soit la matrice A=
2−2 1
2−3 2
−1 2 0
1. V´erifier que le polynˆome P=X2+ 2X−3 est annulateur de la matrice
A. En d´eduire les valeurs propres possibles de A.
2. D´eterminer le spectre de la matrice A.
3 Matrice diagonalisable
3.1 D´efinitions
Soient Aet B∈ Mn(R), c.a.d. deux matrices carr´ees de mˆeme taille.
On dit que Aet Bsont semblables lorsqu’il existe une matrice P∈GLn(R) (cad inversible de taille
n) telle que :
B=P−1AP
D´efinition (Matrices semblables).
Remarques :
(i) Toute matrice est semblable `a elle-mˆeme car : A=I−1
nAIn.
(ii) Cette notion est reflexive : les phrases ”Aet Bsont semblables” et ”Bet Asont semblables” sont ´equivalentes.
En effet, si B=P−1AP on a aussi A=P BP −1. En posant Q=P−1∈GLn(R), on a
A=Q−1BQ
(iii) La seule matrice semblable `a l’identit´e Inest elle-mˆeme.
(iv) La seule matrice semblable `a la matrice nulle 0nest elle-mˆeme.
Soit A∈ Mn(R).
La matrice Aest dite diagonalisable lorsqu’il existe une matrice diagonale D, semblable `a A.
D´efinition (Matrice diagonalisable).
3.2 Liens entre r´eduction d’une matrice carr´ee et d’un endomorphisme
Nous allons ramener la notion de diagonalisation d’une matrice carr´ee A`a la diagonalisation d’un endomorphisme
fassoci´e `a la matrice A. Nous pourrons donc ´etudier l’endomorphisme canoniquement associ´e `a A.
Tentons d’identifier les diff´erentes ´etapes de la r´eduction d’une matrice carr´ee A∈ Mn(R) :
I. Associer `a la matrice carr´ee A, un endomophisme f∈ L(Rn) de sorte qu’il existe une base Bde Rntelle que :
MatB(f) = A
☞Le plus souvent, on choisit l’endomorphisme canoniquement associ´e `a A.
II. D´eterminer les valeurs propres et les vecteurs propres de la matrice Aqui par d´efinition correspondent aux
valeurs propres et aux vecteurs propres de l’endomorphisme f.
III. Tenter d’en d´eduire, si possible, une base B1de Rn, dite base de diagonalisation de l’endomorphisme f, telle
que :
MatB1(f) = D=
λ10 0 ... 0
0λ20... 0
0 0 λ3... 0
.
.
.....
.
.
0 0 ... ... λn
soit une matrice diagonale
En utilisant les formules de changement de bases par la matrice d’un endomorphismes, ceci se traduit par l’existence
d’une matrice inversible P∈GLn(R) ainsi que d’une matrice Ddiagonale telles que
D=P−1A P ou A=P D P −1