Exercice 4.
1. Soit f:Rn→Rnune application de classe C2dont la matrice jacobienne est
antisymétrique en tout point. Montrer que fest affine.
2. On rappelle que Op,q(R) = {M∈Mn(R)|tMIp,qM=Ip,q }où Ip,q = Idp0
0−Idq!
Soit f:Rn→Rnune application de classe C2dont la matrice jacobienne est dans
Op,q(R)en tout point. Montrer que fest affine (on pourra commencer par le cas
q= 0 et par rappeler que les vecteurs colonnes de M∈Op,0(R)forment une famille
orthonormée).
Exercice 5.
Soit Eet Fdeux R-espaces vectoriels de dimensions finies, soit Uet Vdeux ouverts
de Eet f:U→Fet ϕ:V→Udes applications C2.
1. Soit x∈V, calculer D2
x(f◦ϕ)en utilisant la formule de Taylor-Young.
2. Écrire l’expression de la différentielle du composé Dx(f◦ϕ)comme composé de trois
applications élémentaires. Différentier chacune de ces applications, puis retrouver le
résultat précédent.
L’exercice 7 permettra de dégager des conséquences géométriques importantes de ce calcul.
Exercice 6. Lemme de Morse linéaire
1. Montrer que A∼Bssi ∃P∈Gln(R)A=tP BP est une relation d’équivalence sur
Symn(R).
2. On note Ip,q =
Idp0 0
0−Idq0
0 0 0
. Montrer que si (p, q)6= (p0, q0)alors Ip,q 6∼ Ip0,q0.
3. Réciproquement, montrer que pour toute matrice Asymétrique il existe (p, q)tel
que A∼Ip,q.
On appelle rang de Al’entier p+qet signature de Ale couple (p, q).
Exercice 7. Lemme de Morse
1. Question préliminaire d’algèbre bilinéaire : Soit Eun R-espace vectoriel, dont on
note E= (ei)i∈[1,n]une base. On rappelle que ϕE:BS(E×E, R)→Sym(n, R), qui
àbassocie la matrice (b(ei, ej))i,j est un isomorphisme d’espaces vectoriels, tel que si
x, y ont pour vecteurs-coordonnées X, Y dans la base E, alors b(x, y) = XTϕE(b)Y.
Rappeler le lien entre ϕEet ϕE0où E0est une autre base de E. On définit ainsi une
relation d’équivalence sur Symn(R).
2. Existe-t-il un changement de coordonnées local en 0 qui envoie localement le graphe
de f(u, v) = u2+v2sur celui de g(u, v) = uv ?
La suite de l’exercice étudie la réciproque : on considère f:Rn→Rde classe C2
telle que f(0) = 0,D0f= 0 et D2
0fest de rang net de signature (p, q)(cf exercice
6). On se propose de démontrer le lemme de Morse : il existe un changement de
coordonnées local en 0qui rend fquadratique.
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