X Maths A MP 2013 — Énoncé 1/4
ÉCOLEPOLYTECHNIQUEÉCOLESNORMALES SUPÉRIEURES
CONCOURSDADMISSION2013 FILIÈREMP
COMPOSITION DEMATHÉMATIQUESA(XLC)
(Durée :4heures)
Lutilisation descalculatricesnestpasautorisée pourcette épreuve.
⋆ ⋆
Onseproposedétudierdesalgèbresdendomorphismesremarquablesdespacesvectorielsdedi-
mensioninfinie.
Préambule
Uneracinen-ièmedel’unité estditeprimitive sielle engendrelegroupedesracinesn-ième
del’unité.
Dansleproblème,touslesespacesvectorielsontpourcorpsdebasele corpsdesnombres
complexesC.SiEestun espace vectoriel, l’algèbredesendomorphismesdeEestnotée L(E)et
legroupedesautomorphismesdeEestnotéGL(E).On noteIdEl’applicationidentitédeE.Si
uL(E),on noteC[u]lasous-algèbre{P(u)|PC[X]}deL(E)despolyn^omesenu.
On noteCZl’espace vectorieldesfonctionsdeZdansC.Sifestunefonction deZdansC,
on noteSupp(f)l’ensembledeskZtelsquef(k)6=0.Onappelle cetensemblelesupportde
f.Danstoutleproblème,Vdésignel’ensembledesfonctionsdeZdansCdontlesupport est
un ensembleni.
I-Opérateurs surlesfonctionsàsupportfini
1a.MontrerqueVestun sous-espace vectorieldeCZ.ÉtantdonnéfCZ,on dénit
E(f)CZparE(f)(k)=f(k+1),kZ.
1b.MontrerqueEL(CZ)etqueVeststableparE.
Danslasuite,Edésignerauniquementl’endomorphismedeVinduit.
2.MontrerqueEGL(V).
3.PouriZ,on dénitvidansCZpar
vi(k)=(1sik=i,
0sik6=i.
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X Maths A MP 2013 — Énoncé 2/4
3a.Montrerquelafamille{vi}iZestunebasedeV.
3b.CalculerE(vi).
Soientλ,µCZ.On dénitlesapplicationslinéairesF,HL(V)respectivementpar
H(vi)=λ(i)vietF(vi)=µ(i)vi+1,iZ.
4.MontrerqueHE=EH+2Esietseulementsipour toutiZ,λ(i)=λ(0)2i.
DanslasuitedecettepartieI(maispasdanslesparties suivantes),onsuppose
quelesconditionsdelaquestion4sontvériées.
5.MontrerqueEF=FE+Hsietseulementsipour toutiZ,
µ(i)=µ(0)+i(λ(0)1)i2.
6a.MontrerquepourfV, l’espace vectorielengendréparlesHn(f),nN,estde
dimensionnie.
6b.En déduirequun sous-espace nonréduità{0}deV,stableparH,contientaumoinsun
desvi.
DanslasuitedecettepartieI(maispasdanslesparties suivantes),onsuppose
quelesconditionsdelaquestion5sontvériéesetqueλ(0)=0,µ(0)=1.
7a.MontrerqueFGL(V).
7b.MontrerqueEetFnesontpasdordrenidanslegroupeGL(V).
7c.Calculerlenoyau deHetmontrerqueHr6=IdVpourr1.
8.On noteC[X]l’algèbredespolyn^omesàcoecientscomplexesen uneindéterminée X.
8a.MontrerqueC[E]estisomorphe(entantqualgèbre)àC[X].
8b.MontrerqueC[F]estisomorphe(entantqualgèbre)àC[X].
8c.MontrerqueC[H]estisomorphe(entantqualgèbre)àC[X].
II -Intermède
Danstoutelasuitedu problème,on fixeun entierimpair3etquneracine
primitive-ièmedel’unité.
9.Montrerqueq2estuneracineprimitive-ièmedel’unité.
SoientW=L0i<CvietaC.
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X Maths A MP 2013 — Énoncé 3/4
10.Onconsidèrel’élémentGadeL(W)dontlamatrice danslabase{vi}0i<est:
0 0 0 ··· 0a
1 0 0 ··· 0 0
0 1 0 ··· 0 0
.
.
.0.......
.
..
.
.
0.
.
.......0 0
0 0 ... 0 1 0
.
10a.CalculerG
a.MontrerqueGaestdiagonalisable.
10b.Soitbuneracine-ièmedea.CalculerlesvecteurspropresdeGaetlesvaleurspropres
associéesenfonction deb,qetdesvi.
On dénituneapplicationlinéairePa:VVparPa(vi)=apvroù pouriZ,on dénit
retprespectivementcommelereste etlequotientdeladivisioneuclidienneipar;autrement
dit,i=p+roù0r<etpZ.
11.MontrerquePaestun projecteurd’imageW.
III -Opérateursquantiques
12.MontrerqueHE=q2EHsietseulementsipour toutiZ,λ(i)=λ(0)q2i.
Danslasuitedu problème,onsupposequelesconditionsdelaquestion12 sont
vériéesetqueλ(0)6=0.
13.MontrerqueHGL(V).
14.MontrerqueEF=FE+HH1sietseulementsipour toutiZ,
µ(i)=µ(i1)+λ(0)q2iλ(0)1q2i.
Danslasuitedu problème,onsupposequelesconditionsdelaquestion14 sont
vériées.
15a.Montrerqueλetµsontpériodiques surZ,depériodesdivisant.
15b.Montrerquelapériodedeλestégaleà.
15c.Montrerquelapériodedeµestaussiégaleà.
16.SoitC=(qq1)EF+q1H+qH1avec H1l’inversedeH.
16a.MontrerqueC=(qq1)FE+qH+q1H1.
16b.PouriZ,montrerqueviestun vecteurpropredeC.
16c.En déduirequeCestunehomothétiedeVdontoncalculeralerapport R(λ(0),µ(0),q)
enfonction deλ(0),µ(0)etq.
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X Maths A MP 2013 — Énoncé 4/4
16d.Onxeqetλ(0).Montrerquel’applicationµ(0)7→ R(λ(0),µ(0),q)estunebijection
deCsurC.
16e.Onxeqetµ(0).Montrerquel’applicationλ(0)7→ R(λ(0),µ(0),q)estunesurjection
deCsurCmaispasunebijection.
IV-Opérateursquantiquesmodulaires
Soient,W,a,PacommedanslapartieII.On ditquun élémentφdeL(V)estcompatible
avec PasiPaφPa=Paφ.
17a.MontrerquesiφL(V)commuteavec Pa,alorsφestcompatibleavec Pa.
17b.MontrerqueHetH1sontcompatiblesavec Pa.
SoitUql’ensembledesendomorphismesφL(V)quisontcompatiblesavec Pa.
18.MontrerqueUqestunesous-algèbredeL(V).
19.MontrerqueEUqetFUq.
20a.Montrerqu’il existeun uniquemorphismedalgèbreΨa:UqL(W)telque
φUq,Ψa(φ)Pa=Paφ.
20b.MontrerqueφUqestcontenuedanslenoyau deΨasietseulementsi l’imagedeφest
danslesous-espace deVengendréparlesvecteursviapvr,iZ,oùi=p+restladivision
euclidiennedeipar.
21.OnétudiedanscettequestionΨa(E).
21a.DéterminerΨa(E)(v0).
21b.En déduireΨa(E).
21c.Calculerladimension du sous-espace vectorielC[Ψa(E)].
21d.CalculerlesvecteurspropresdeΨa(E).
22.SoitWun sous-espace non nuldeWstableparΨa(H).
22a.MontrerqueWcontientaumoinsun desvecteursvi.
22b.QuediresiWestdeplus stableparΨa(E)?
23.Donnerune condition nécessaire etsusantesurR(λ(0),µ(0),q)pourquel’opérateur
Ψa(F)soitnilpotent.
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