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Niveau Maths sup
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Diagonalisation

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
28-05-08 à 19:12

Bonjour !

Bon voilà j'ai commencé un problème et je bloque à la première question

Soit J la matrice carré d'ordre n dont tous les coefficients sont 1.

1- J est-elle diagonalisable?
2- Calculer J², et en déduire les 2 vap de J

Je sais que ça va être stupide comme question mais bon J'ai pas voulu aller chercher le polynôme caractéristique à cause de la question 2 qui vient après

Merci

Posté par
raymond Correcteur
Diagonalisation 28-05-08 à 19:47

Bonsoir.

1°) J étant symétrique réelle, elle est diagonalisable.

2°) On trouve aisément J² = n.J.
Ceci prouve que le polynôme p(X) = X² - nX est annulé par J
p(X) = X(X - n).
Comme J est ni nulle, ni égale à n.I, p(X) est le polynôme minimal de J.
Donc, Sp(J) = {0,n}

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 28-05-08 à 19:50

Salut Raymond !

Ah voilà pourquoi ! On n'a pas ces propriétés sur le cours et on n'a pas encore fait les polynômes minimaux! Sinon pourquoi une matrice symétrique réelle est toujours diagonalisable?

Merci

Posté par
Nightmare
re : Diagonalisation 28-05-08 à 19:55

Salut

On peut construire en utilisant la forme quadratique associée à M, matrice symétrique réelle, une base de vecteurs propres ce qui montre que M est diagonalisable.

Posté par
raymond Correcteur
re : Diagonalisation 28-05-08 à 19:57

C'est un théorème classique de spé qui ne se démontre pas en deux lignes !

Si tu n'as pas vu le polynôme minimal :

Soit a une valeur propre, X un vecteur propre associé. Donc, JX = aX

En cherchant l'image des deux membres par J :

J²X = aJX

naX = a²X

a(n-a)X = 0

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 28-05-08 à 20:14

Ah ok ! Merci infiniment Raymond !

Jord>> je méditerai bien ça une fois que j'ai abordé les formes quadratiques dans 1 moi je pense ! Merci

Posté par
Arkhnor
re : Diagonalisation 28-05-08 à 20:33

Bonjour.

Petite question subsidiaire, histoire de
Déterminer la multiplicité algébrique de chaque valeur propre.

Posté par
raymond Correcteur
re : Diagonalisation 28-05-08 à 20:53

Le rang de J est 1, donc, 0 est valeur propre d'ordre n-1 (la diagonalisabilité entraine que la dimension de chaque sev propre est égal à la multiplicité de la valeur propre). Finalement, n est valeur propre d'ordre 1.

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 28-05-08 à 21:14

Arkhnor>> Toutes deux sont de multiplicité 1 non,

Sinon voilà la suite :


2) Soit M_a la matrice dont les éléments diagonaux sont tous égaux à 1, les autres étant égaux à a.
a. Utiliser une base de \mathcal{M}_{n,1}(R) formée de vecteurs propres de J pour déterminer les deux valeurs propres de M_a.


Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 28-05-08 à 21:17

j'ai oublié, j'ai trouvé la forme des vecteurs propres :

(1,0,....,-1) (0,1,...,-1) ... (0,...,1,-1) et il me reste une base du SEP associé à n

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 28-05-08 à 21:17

c'est vrai pour les multiplicités

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 28-05-08 à 22:42

up !

Posté par
disdrometre
re : Diagonalisation 28-05-08 à 23:00

salut monrow

Indice :
Ma= aJ +(1-a)I

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 28-05-08 à 23:10

Salut disdromètre !

Oui mais comment utiliser cette base adaptée aux SEP :s

Posté par
raymond Correcteur
re : Diagonalisation 28-05-08 à 23:20

Pour J, un vecteur propre associé à la valeur propre n est en = (1,1,...,1)

effectivement, pour la valeur propre 0, on a pour vecteurs propres :

e1 = (1,0,0,...,0,-1)
e2 = (0,1,0,...,0,-1)
.
.
en-1 = (0,0,...,1,-1)

Pour Ma, calcule Ma.tei, 1 < i < n.

Sinon, autre méthode :

Ma = a.J - (a-1).I

Si X est vecteur propre associé à la valeur propre k pour Ma, alors :

Ma.X = k.X <=> a.J.X - (a-1).I.X = k.X <=> a.J.X = [k+a-1].X

Si a = 0, résultat évident.

Si a non nul,

3$\textrm J.X = \fra{k+a-1}{a}.X

Ceci signifie que X est vecteur propre pour J, donc deux possibilités :

3$\textrm\fra{k+a-1}{a} = 0 ou 3$\textrm\fra{k+a-1}{a} = n

Cela donne finalement :

k = 1-a (ordre n-1) ou k = (n-1)a + 1 (ordre 1)

Posté par
disdrometre
re : Diagonalisation 28-05-08 à 23:22

Tu peux essayer de calculer MaV

où V est un vecteur de J

tu monteras que V est aussi un vecteur propre Ma et tu déduiras les valeurs propres de Ma.

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 31-05-08 à 15:52

Re !

je termine alors

Citation :
b) En déduire que A est inversible ssi a\neq 1 et a\neq \frac{-1}{n-1}


A est inversible ssi 0 n'est pas vap ce qui permet de conclure

Citation :
On suppose qu'on a une famille 3$\rm (u_1,...,u_n) normale qui vérifie 3$\rm (u_i|u_j)=\theta pour 3$\rm i\neq j. On travaille dans 3$\bb R^3
Soit 3$\rm \lambda_1, ...,\lambda_n des réels tels que 3$\rm \Bigsum_{k=1}^n\lambda_k u_k=0.
a) Montrer que 3$\rm M_{n,\theta}\(\lambda_1\\ \vdots\\\lambda_n\)=0


On a: 3$\rm \Bigsum_{k=1}^n\lambda_k u_k=0 donc: 3$\rm (\Bigsum_{k=1}^n\lambda_k u_k|u_j)=0 \Right \Bigsum_{k=1}^n\lambda_k (u_k|u_j)=0\Right \Bigsum_{k=1\\k\neq j}^n\lambda_k\theta + \lambda_j=0 ce qui implique directement que 3$\rm M_{n,\theta}\(\lambda_1\\ \vdots\\\lambda_n\)=0

Citation :
En déduire la valeur maximale de n lorsque \rm \theta\neq 1 et \theta\neq\frac{-1}{n+1}


Pour ces valeurs de theta, M est inversible. On a montré que 3$\rm M_{n,\theta}\(\lambda_1\\ \vdots\\\lambda_n\)=0 cela implique directement que les lambdas sont nuls et donc la famille est libre. Ainsi 3$\rm n\le 3

Citation :
2) Etude du cas \theta =1. Montrer que n=1


Bon en utilisant l'inégalité de CS, on a 3$\rm (u_i|u_j)^2\le ||u_i||^2||u_j||^2 donc 3$\rm\theta^2=1. Ainsi on \theta =1 si la famille 3$\rm (u_1,...,u_n) est liée et de mêmes sens ! ainsi puisqu'ils sont normés 3$\rm u_1=u_2=...=u_n. ainsi n=1.

Citation :

3) Dans cette question on admet qu'il existe une famille 3$\rm(u_1,...,u_4) solution du problème.
a- Donner la valeur de 3$\rm \theta


Puisque cette famille est clairement liée, \theta =4 donc 3$\rm\theta=\frac{-1}{n-1}=\frac{-1}{3}

Citation :
Montrer que 3$\rm (u_1,u_2,u_3)est une base de R^3


Puisque 3$\rm\theta=\frac{-1}{3}\neq \frac{-1}{4} donc cette famille et libre, de plus son cardinal permet de conclure que c'est une base.

Citation :
Calculer les coordonnées de u_4 dans cette base


là je bloque surtout que la base qu'on vient de montrer n'est pas orthonormale...

Merci

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Diagonalisation 31-05-08 à 16:32

C'est bon j'ai trouvé ! C'est (-1,-1,-1)

Merci



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