Christophe Bertault — Mathématiques en MPSI APPLICATIONS LINÉAIRES
5 PROJECTEURS ET SYMÉTRIES
42 On note Sn(K)(resp. An(K)) l’ensemble des ma-
trices symétriques (resp. antisymétriques) de Mn(K).
Redémontrer l’égalité : Mn(K) = Sn(K)⊕An(K)en
exhibant une certaine symétrie.
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43 On note ϕl’application :
(x,y,z)7−→ −3x+4y−6z,−12x+16y−24z,−6x+8y−12z.
1) De quelle matrice ϕest-elle l’application linéaire
canoniquement associée ? En déduire que ϕest
un projecteur de R3.
2) Caractériser ϕgéométriquement.
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44 On pose : A=
2 2 −1−1
2 2 −1−1
1 1 1 −2
1 1 −2 1
. Calculer
A2, puis montrer que : R4=Ker A⊕Im A.
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45 1) Montrer que :
R2[X] = R1[X]⊕VectX2+X+1,
puis déterminer une expression de la projection
sur R1[X]parallèlement à VectX2+X+1.
2) On pose : G=¦(x,y,z)∈R3/x+y+2z=0©
et F=¦(x,y,z)∈R3/x+2y+z=0 et 2x+y−z=0©.
Montrer que : R3=F⊕G, puis déterminer
une expression de la symétrie par rapport à F
parallèlement à G.
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46 Soit A∈R[X]non nul. Montrer que l’applica-
tion qui à tout P∈R[X]associe le reste de la division
euclidienne de Ppar Aest un projecteur de R[X]— que
l’on caractérisera géométriquement.
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47 Soient Eun K-espace vectoriel et pet qdeux
projecteurs de E. On suppose que : pq =0L(E)et on
pose : r=p+q−qp. Montrer que rest la projection
sur Im p⊕Im qde direction Ker p∩Ker q.
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48 Soient Eun K-espace vectoriel et pet qdeux
projecteurs de E. On suppose que pet qcommutent.
Montrer que pq est le projecteur de Esur Im p∩Im q
de direction Ker p+Ker q.
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49 Soient Eun K-espace vectoriel et pet qdeux
projecteurs de E.
1) Montrer que p+qest un projecteur de Esi et
seulement si : pq =qp =0L(E).
2) Montrer que, dans ce cas, Im pet Im qsont en
somme directe et que p+qest le projecteur de
Esur Im p+Im qde direction Ker p∩Ker q.
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50 Soient Eun K-espace vectoriel et pet qdeux
projecteurs de E. Montrer que : Ker p=Ker qsi et
seulement si : p=pq et q=qp.
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51 Soit Eun K-espace vectoriel. On note P(E)
l’ensemble des projecteurs de E.
1) Montrer que la relation ´sur P(E)définie pour
tous p,q∈ P (E)par :
p´q⇐⇒ pq =qp =p
est une relation d’ordre.
2) Montrer que pour tous p,q∈ P (E), si pet q
commutent : infp,q=pq.
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6 SOMMES D’UN NOMBRE FINI
DE SOUS-ESPACES VECTORIELS
52 Soient Eun K-espace vectoriel et f1,...,fn∈ L (E).
On suppose que : fifj=0 pour tous i,j∈¹1, nº
distincts et que : f1+...+fn=IdE.
1) Montrer que f1,..., fnsont des projecteurs.
2) Montrer que : E=
n
M
i=1
Im fi.
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53 Soient Eun K-espace vectoriel de dimension
finie et F1,...,Fpdes sous-espaces vectoriels de Epour
lesquels : E=
p
X
i=1
Fi. Montrer qu’il existe des sous-
espaces vectoriels G1,...,Gpde Epour lesquels :
G1⊂F1, . .. , Gp⊂Fpet E=
p
M
i=1
Gi.
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54 Soient Eun K-espace vectoriel et f∈ L (E).
1) Montrer que pour tous x∈E,λ∈Ket
P∈K[X], si : f(x) = λx, alors :
P(f)(x) = P(λ)x.
2) Montrer que pour tous λ1,...,λp∈K
distincts, les sous-espaces vectoriels :
Ker f−λ1IdE, . .. , Ker f−λpIdE
sont en somme directe. On pourra convoquer cer-
tains polynômes de Lagrange.
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