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Niveau Maths sup
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endomorphisme et matrice

Posté par
marcellus
10-01-09 à 17:56

Bonjour tout le monde !

Voici l'énoncé d'un exercice qui me chiffonne un peu...

Soit m un réel et f_m l'application de R^3 dans R^3 définie par : f_m ((x,y,z)) = (m(x+y), x+(m+2)y, mz)

Première question : expliquer que f_m est un endomorphisme de R^3 et donner sa matrice dans la base canonique de R^3

Déjà, je n'arrive pas à montrer que f_m est une application linéaire...

Merci de votre aide !

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:21

x'=mx+my+0z
y'=x+my+0z
z'=0x+0y+mz

Si ça c'est pas une application linéaire...

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:22

Bonsoir dhalte,

y' = x + (m+2)y + 0z, non ?

C'est ça qui m'ennuie... =/

Merci de ton aide en tous les cas !

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:24

Oh oui, pardon
y'=x+(m+2)y+0z

Mais m ou m+2, ça reste un coefficient constant (même si cette constante est paramétré)

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:31

D'accord,

En général pour montrer qu'une application était linéaire je prenais deux fonctions et deux scalaires pour montrer par exemple que (af +bg)(x) = af(x) + bg(x)

Là j'avais essayait de prendre f_m et f_m' mais ça ne marchait pas.

Bref, je ne vois pas trop comment l'expliquer, en tout cas je ne l'ai jamais fait comme tu me le présentes. Si tu pouvais m'expliquer ce serait sympa de te part,

Merci

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:35

Justement

prends A=(x_a,y_a,z_a) et B=(x_b,y_b,z_b)

Calcule r\times f_m(A)+s\times f_m(B) et f_m(r\times A+s\times B)

Mais ne fais pas varier m : c'est un paramètre. Garde à l'esprit que c'est comme une constante.

Ensuite, il se trouve qu'on discute du comportement de l'application suivant la valeur définitive de la constante. Mais pour montrer la linéarité, tu GARDES m CONSTANT.

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:45

D'accord ! Très bien alors

Et donc la matrice de f c'est :

m    m    0
1   m+2   0
0    0    m
c'est ça ?

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:47

C'est ça. Son déterminant est m²(m+1)

Et à partir de là, on commence à discuter des valeurs de m qui donnent des valeurs particulières du déterminant.

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 18:55

Euhhh oui... C'est quoi ces histoires de déterminants là ? ^^"

En tout cas après on me demande de déterminer Ker f_m et Im f_m (selon m) et d'en donner une base

Pour Ker f_m j'ai pensé à :

* Si m = 0

Ker f_m = {(-2y, y, z) avec (y,z) dans R²}

* Si m = -3

Ker f_m = {(x, -x, 0), x réel)}

* Si m différent de 0 et -3

Ker f_m = {(0, 0, 0)}

Mais je ne sais pas si l'écriture est bonne ni même si c'est ça...

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 19:10

Bon, tu n'as pas encore vu les déterminants, alors oublie mon allusion à cette bête.

Tu as dû faire des erreurs de calcul dans ta recherche du noyau.
Pour m=0, c'est bon
Je ne comprends pas pourquoi tu étudies m=-3. Mais te toutes façons, ta réponse est incorrecte.
Par contre il existe un autre cas particulier : m=-1

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 19:14

Ah, oui...

* Si m = 0

Ker f_m = {(-2y, y, z) avec (y,z) dans R²}

* Si m = -1

Ker f_m = {(x, -x, 0), x réel)}

* Si m différent de 0 et -1

Ker f_m = {(0, 0, 0)}

là c'est bon ? =)

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 19:19

Je préfère...

Tu peux remarquer que ces valeurs 0 et -1 sont celles qui annulaient ce que j'ai appelé le déterminant. Mais tu verras cela plus tard.

Quelles sont les dimensions du noyau dans chacun des cas m=0, m=-1 et m \neq 0 e -1 ?

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 19:26

Si m = 0, dim Ker f_m = 2
Si m = -1, dim Ker f_m = 1
Si m différents de 0 et 1, dim Ker f_m = 0

Mais pour les images je bloque, dois-je simplement dire que :

Im f_m = {(m(x+y), x+(m+2)y, mz, (x,y,z)appartenant à R^3)} ??

Avec les valeurs particulières :

m=0, Im f_m = {(0, x, 0), x réel)}
m=-1, Im f_m = {(-(x+y), x-y, -z), x,y,z réels)}

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 19:51

Sais-tu déjà que  dans un espace vectoriel V de dimension finie, on a

dim(ker)+dim(Img) = dim(V)

donc

m=0, dim(Img)=1 Img=\{(0,r,0), r\in\mathbb{R}\}

m=-1, dim(Img)=2 Img=\{(r,s,0), (r,s)\in\mathbb{R}^2\}

m\not\in\{-1,0\}, dim(Img)=3 Img=\mathbb{R}^3

En fait, si pour m=-1, on a

x'=-x-y
y'=x+y

ces deux équations montrent que x' et y' peuvent obtenir n'importe quelle valeur réelle.
La forme des équations qui montrent la dépendance des valeurs de x' et y' ne doit pas masquer ce fait, car quand on recherche l'image de l'endomorphisme, on ne s'occupe plus de cette dépendance.

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 19:55

D'accord, mais pour m = -1, je ne comprends pas pourquoi (r,s,0), car mz = -z donc... :s

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 19:59

Mais oui, tu as raison... Je m'excuse, j'ai dérapé.

m=-1 dim(Img)=2 Img=\{(r,-r,s), (r,s)\in\mathbb{R}^2\}

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 20:03

Très bien

Merci beaucoup !

Dernière question, une base pour Ker et Im ?

Si je prends par exemple m = -1, une base de Im est {(1,-1,0),(0,0,1)} par exemple ?

Posté par
dhalte
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 20:05

Tout à fait.
Ainsi, on a (r,-r,s)=r(1,-1,0)+s(0,0,1)

Posté par
marcellus
re : endomorphisme et matrice 10-01-09 à 20:08

Parfait !

Un grand merci dhalte

Passe une bonne soirée et un bon week end !
A bientôt



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