3)A, B, C sont dans Mn(R) et v´erifient : Im(C)⊂Im(A) + Im(B).
a) Y∈Im(D)⇐⇒ ∃ X∈M(2n,1)(R)/ Y =DX. Or Xpeut s’´ecrire X=X1
X2avec X1et X2dans M(n,1)(R).
Ainsi Y∈Im(D)⇐⇒ ∃ (X1, X2)∈M(n,1)(R)2/ Y = (A, B)X1
X2=AX1+BX2⇐⇒ Y∈Im(A) + Im(B).
b) C∈M(n,n)(R), D ∈M(n,2n)(R) et Im(C)⊂Im(D).
D’apr`es le 2.c (avec A:= D, B := C, p := 2n, q := n), ∃W∈M(2n,n)(R)/ C =DW .
Wpeut s’´ecrire W=U
Vavec Uet Vdans Mn(R). Ainsi C= (A, B)U
V=AU +BV .
4)Jd´esigne un id´eal `a droite de Mn(R).
a) Notons X={rg(M), M ∈J}: c’est une partie non vide de N(car J6=∅), major´ee par n. Elle admet donc un plus
grand ´el´ement not´e r. Comme r∈X, alors ∃M0∈J/rg(M0) = r.
b) Soit M∈J / Im(M)6⊂ Im(M0) : alors ∃Y∈Im(M)/ Y /∈Im(M0). Par suite Im(M0) est inclus strictement dans
Im(M) + Im(M0).
On peut trouver une matrice P∈Mn(R) telle que Im(P) = Im(M) + Im(M0) (par exemple une matrice de projecteur
sur Im(M) + Im(M0)).
D’apr`es le 3(avec C:= P, A := M, B := M0), il existe deux matrices Uet Vdans Mn(R) telles que P=M U +M0V.
Comme M∈Jet Jest un id´eal `a droite, M U ∈J. De mˆeme M0V∈J. Puisque Jest un sous-groupe de Mn(R),
alors P=MU +M0V∈J. Or rg(P) = dimIm(P)>dimIm(M0)=r, ce qui contredit la d´efinition de r.
En r´esum´e, ∀M∈J,Im(M)⊂Im(M0), ce qui signifie que J⊂JIm(M0).
5) Soit M∈JIm(M0). Ainsi Im(M)⊂Im(M0). D’apr`es le IV.2 (B:= M, A := M0), ∃C∈Mn(R)/ M =M0C.
Comme M0∈Jet Jid´eal `a droite, alors M∈J.
On a donc J=JIm(M0).
Bilan : les id´eaux `a droite de Mn(R) sont les parties de la forme JE={A∈Mn(R)/Im(A)⊂E}o`u Eest un
sous-espace vectoriel quelconque de M(n,1)(R).
Pour E={0}, alors JE={0n}et pour E= M(n,1)(R), alors JE= Mn(R) (seuls id´eaux bilat`eres).
V) Id´eaux `a gauche de Mn(R)
1) Ici JE={M∈Mn(R)/ E ⊂Ker(M)}.
.JEest non vide car contient 0n
. si Aet Bsont deux ´el´ements de JE, alors A−B∈JEcar E⊂Ker(A) et E⊂Ker(B),
donc E⊂Ker(A)∩Ker(B)⊂Ker(A−B) puisque AX = 0 et BX = 0 =⇒(A−B)X= 0.
Ainsi JEest un sous-groupe de Mn(R).
D’autre part, si M∈Mn(R) et A∈JE, alors M A ∈JEcar E⊂Ker(A)⊂Ker(MA).
Donc JEest un id´eal `a gauche de Mn(R).
2)u∈ L(Rn,Rp), v ∈ L(Rn,Rq) et Ker(u)⊂Ker(v). On veut montrer l’existence de w∈ L(Rp,Rq) telle que
v=w◦u.
•Premi`ere preuve exploitant les dimensions finies
Posons r= rg(u) et s= rg(v). On a : r=n−dimKer(u)≥n−dimKer(v)=s.
Soit (er+1,...,en) une base de Ker(u). On la compl`ete en (es+1,...,er+1,...,en) une base de Ker(v), puis on compl`ete
en B= (e1,...,es, es+1,...,er+1,...,en) une base de Rn.
En reprenant la d´emonstration faite au I.1, on montre de mˆeme que u(e1),...,u(er)est une base de Im(u).
On la compl`ete en une base C=u(e1),...,u(er), fr+1,...,fpde Rp.
Soit wl’application lin´eaire de Rpdans Rqd´etermin´ee sur la base Cpar :
∀i∈[[1; r]], wu(ei)=v(ei) et ∀j∈[[r+ 1; p]], w(fj) = 0.
Pour v´erifier que v=w◦u, il suffit de se placer sur la base Cde Rp.
m02fm1ca.tex - page 3