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Niveau maths spé
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ensembles supplémentaires

Posté par
gui62
27-08-14 à 12:19

bonjours a tous,
on me donne l'exercice suivant

On note E =M_n(R) et tr l'application trace.
1. Montrer que F = { M appartennant a E, tr(M) = 0 } est un sous-espace vectoriel de E:
L'ensemble f={ M  appartenant  a   E, det(M) = 0 } est-il aussi est un sous-espace vectoriel de E ?
2. Montrer que  F ET  Vect{I_n} sont supplementaires dans E:

pour la question 1 pas de soucis

en revanche pour montrer que F est vect de In sont supplémentaire dans E j'ai du mal ce n'est pas la definition de deux ensemble supplémentaire qui me pose problème mais plutôt c'est le fait qu'ici on travail avec des matrice cela me perturbe un peu pouvez vous me donnez des piste

merci d'avance

Posté par
weierstrass
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 12:37

Bonjour, je pense que l'intersection ne pose pas de problème.
Pour la somme, pour toute matrice M, tu peux considérer la matrice (tr(M)/n)InVectIn...

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 12:38

Bonjour,

Si on appelle D=\text{Vect}(I_n), quelles sont les dimensions des sous-espaces vectoriels F et D ?
Ensuite, si tu reprends la caractérisation de deux espaces vectoriels supplémentaires, à quelles conditions nécessaires et suffisantes a-t-on alors E=F\oplus D ?

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 12:45

bonjour je réponds a vos question merci pour les conseils et pistes

dim(D)=1  dim(F)= n ?


les condition nécessaire et suffisante sont que E=F+D et que l'intersection de F et de D est l'ensemble vide

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 12:56

en effet l'intersection ne pose pas de probleme

reste a savoir si dim(D)+dim(F)=dim(E)=n ?

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 13:56

Non, la dimension de F n'est certainement pas n et non, l'intersection d'au moins deux sous-espaces vectoriels ne peut être vide.

Quelle est la dimension de \mathcal M_n(\R) ?
Que dire de l'application \text{tr}:M_n(\R)\rightarrow \R et donc de la dimension de son noyau ?

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 14:39

merci en effet c'est l'intersection qui est nulle et non pas égale a l'ensemble vite je suis allé trop vite

Mn(R) est de dimension n ou je me trompe ?

l'application trace est injective ?
la dimension de son noyau est la même que celle de Mn(R) ?

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:19

Bon, tu peux me donner une base concrète de \mathcal M_n(\R) par hasard ?

Non l'application trace n'est pas injective, par exemple si M est la matrice ayant des 1 partout sauf sur sa diagonale où il y a des 0 alors sa trace vaut 0 sans que M soit la matrice nulle.
L'application trace est une forme linéaire, que dire alors du noyau d'une forme linéaire ? Sa dimension ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:19

Bonjour

J'ai lu ce topic, essentiellement parce que son titre m'a fait bondir!

Nahrm et weierstrass ont bien avancé l'histoire. Alors réponses à ton dernier post:

Non, M_n(\R) n'est pas de dimension n dès que n\geq 2

Te rends-tu compte que tes deux dernières questions signifient Est-ce que trace est injective et est-elle égale à l'application nulle? Etonnant, non?

Alors: es-tu capable de trouver deux matrices distinctes ayant la même trace? Une matrice de trace non nulle? Tu auras déjà les réponses à tes questions.

Posté par
Camélia Correcteur
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:20

Salut Nahrm, je n'avais pas vu ta dernière réponse!

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:34

merci pour les réponses cela m'aide beaucoup pour répondre a Nahrm je pense savoir qu'une forme linéaire

si elle est non nulle est surjective est que son noyau est un hyperplan de E

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:39

pardon camelia le titre de mon post etait il mal approprié ?

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:40

Salut Camélia

Ok, donc maintenant, retourne voir ton cours et donne nous une jolie base de M_n(\R) afin d'obtenir sa bonne dimension et on touchera presque au but.

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:48

ok et bien merci ! des rappels de ce genre cela ne fait pas de mal

L'espace vectoriel Mn(R)  est de type fini et sa dimension est égale à   n*n=n²

Posté par
Camélia Correcteur
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 15:59

On parle d'ensembles complémentaires et d'espaces supplémentaires.

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 16:01

Oui et tu vois une base de M_n(\R) ?

Ce qui vient d'être dit montre que F est un hyperplan de M_n(\R) donc on connait maintenant sa dimension.

Pour montrer que M_n(\R)=F\oplus D, il suffit (cours) de vérifier que :
(i) \dim(F)+\dim(D)=\dim(M_n(R))
et
(ii) F\cap D=\{0\}.

On vient de vérifier (i), reste à montrer (ii).

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 16:11

ok merci camelia je ferai attention la prochaine  fois et j'éviterai cette confusion merci Narhm oui en effet j'avais marquer cela précédemment
pour être sur dim(F)=n²-1 c'est bien ça ?

pour montrer ii) c'est peut être succinct mais si on prend M une matrice qui appartient a F et a D

cette matrice est de maniere evidente la matrice nulle uniquement ?

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 16:27

Citation :
pour être sur dim(F)=n²-1 c'est bien ça ?

Oui c'est ça et tout bêtement une application du théorème du rang.

Citation :
pour montrer ii) c'est peut être succinct mais si on prend M une matrice qui appartient a F et a D

cette matrice est de maniere evidente la matrice nulle uniquement ?

Si c'est évident, tu dois pouvoir l'expliquer ?

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 16:33

ok ça marche pour les dimmention oui en effet pour l'argumentation du ii) c'est un peu confus

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 17:10

Comment s'écrit une matrice M\in F\cap D ?

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 17:27

dsl je sèche vraiment seul la matrice nulle me parait pertinente de surcroît cela répond a une des  conditions de d'espaces supplémentaire

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 17:34

Effectivement, c'est ce qu'on veut montrer mais il faut tout de même donner des arguments.

Par définition, que signifie M\in \text{Vect}(I_n) ?

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 19:03

dsl pour le temps de réponse

M appartient a vect(In) sil elle s'écrit comme combinaison linéaire de In

soit B La matrice nulle B=0*In ainsi B appartient a vect(In)

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 19:07

Attention, tu veux montrer que M\in F\cap D\Rightarrow M=0 et non l'inverse qui est trivial.

Donc si M\in F\cap D, cela signifie que M=\lambda I_n avec \lambda \in \R et ...

...je te laisse continuer

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 19:30

ok donc M\in F\cap D, signifie que M=\lambda I_n avec \lambda \in \R et tr(M)=\sum \lambda=0 ainsi \lambda=0 et donc M=0*I_n = la matrcice nulle ?

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 20:02

Voilà, tout simplement.

Posté par
gui62
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 20:05

ok merci du coup de main en effet dans l'autre sens c'était trivial lol

je pense qu'on est bon encore merci

Posté par
Narhm
re : ensembles supplémentaires 27-08-14 à 20:13

De rien : )



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