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matrices nilpotentes

Posté par
Elytinker
26-07-11 à 17:17

Bonjour ,

voici un exo sur les matrices nilpotentes .Pourriez-vous m'aider ?

Soit E un espace vectoriel de dimension n. fL(E) est dit nilpotent d'indice p ssi f^(p-1)0 et f^p=0 .

1) Montrer que si u nilpotent d'indice n , il existe un vecteur x de E , non nul , tel que (x,u(x),u²(x),...u^(n-1)(x)) soit une base de E. Ecrire la matrice de u dans cette base .

? déjà (x,u(x),u²(x),...u^(n-1)(x)) est une base si génératrice et famille libre , bon sinon , je n'ai pas beaucoup d'idées .

2)Montrer que si N est une matrice nilpotente d'indice p alors I-n et I+N sont inversibles
...

je m'excuse de ce peu de connexions synaptiques ...

merci

Posté par
brank
re : matrices nilpotentes 26-07-11 à 17:25

salut je vais (essayer de) t'aider un peu.

1) Déjà tu peux remarque que c'est une famille de n éléments dans un espace de dimension n,il suffit que tu montres qu'elle est génératrice ou libre.

  Pour la liberté par exemple,utilise la "technique habituelle" (je n'en dirais pas plus :p ) et compose par le tout par u.Je suis sûr que tu vas trouver.

Posté par
benneb
re : matrices nilpotentes 26-07-11 à 17:32

pour le 1 on remarque que necessairement u^(n-1)(x) est non nul
considérons un tel x
alors il faut montrer la liberté de la famille on considère une combinaison linéaire et on applique u^n-1 à la combinaison ensuite ce n'est plus difficile.


pour le 2) on voit que les matrices sont diagonales avec les termes de la diagonale non nul.

Posté par
Elytinker
re : matrices nilpotentes 31-07-11 à 17:18

re-

je n'y parviens pas . En effet , soit , alpha (x,u(x),u²(x),...u^(n-1)(x))+béta = 0 ?

Posté par
gui_tou
re : matrices nilpotentes 31-07-11 à 17:36

Pour le 2) s'inspirer des identités remarquables
\displaystyle (1-x)(1+x+x^2+...+x^{n-1})=1-x^n
et
\displaystyle (1+x)(1-x+x^2+...+(-1)^{n-1}x^{n-1})=1+(-1)^nx^n

Sauf erreur

Posté par
Manu04
re : matrices nilpotentes 01-08-11 à 14:27

Pour montrer que la famille (x,u(x),u^2(x),\ldots,u^{n-1}(x)) est libre, il faut déjà maitriser la définition : montrer que
\lambda_0 x+\lambda_1 u(x)+\ldots+\lambda_{n-1}u^{n-1}(x)=0\ \ \ (1)\ \Longrightarrow \lambda_0=\lambda_1=\ldots=\lambda_{n-1}=0
Pour le prouver maintenant, il faut bien choisir le x et comme il a été dit ci-dessus, tu peux choisir ce x tel que u^{n-1}(x)\neq 0. Ensuite compose la relation (1) par u^{n-1} et voit ce que tu en tires, puis continue dans la même logique pour prouver que les \lambda_i sont tous nuls.

Posté par
Elytinker
re : matrices nilpotentes 01-08-11 à 20:19

d'après la définition d'une matrice nilpotente :

en composant par u n-1(x) différend de zéro , alors u^n(x)=0 , ainsi de suite et on arrive bien au lambda vaut zéro pour que la somme vale zéro ... Il faut que je montre mieux la chose

2)Pour le 2) guitou je ne comprends pas bien ...

Posté par
gui_tou
re : matrices nilpotentes 01-08-11 à 20:24

Dans \displaystyle \mathbb{R}, on a les identités :

\displaystyle (1-x)(1+x+x^2+...+x^{n-1})=1-x^n

et

\displaystyle (1+x)(1-x+x^2+...+(-1)^{n-1}x^{n-1})=1-(-1)^nx^n

On peut remplacer la variable \displaystyle x par une matrice M de \displaystyle\mathcal{M}_n(\mathbb{K}) ; si M est nilpotente, alors Mn=0 ce qui simplifie un peu les expressions ... et réponds à la deuxième question !

Posté par
Manu04
re : matrices nilpotentes 01-08-11 à 20:29

Si l'on compose la relation \lambda_0x+\lambda_1u(x)+\ldots+\lambda_{n-1}u^{n-1}(x)=0 par u^{n-1}, on obtient \lambda_0u^{n-1}(x)+\lambda_1u^n(x)+\ldots+\lambda_{n-1}u^{2n-2}(x)=0. Mais on sait u^n=0 et par suite u^{n+1}=u^{n+2}=\ldots=u^{2n-2}=0.
Donc notre relation se résume à \lambda_0u^{n-1}(x)=0. Ainsi \lambda_0=0 car u^{n-1}(x)\neq 0

Pour continuer, tu composes ensuite par u^{n-2} pour prouver que \lambda_1=0 etc ...

Pour la remarque de Guitou concernant la question 2), il te fait remarquer qu'en appliquant ces relations à x=N et en choisissant comme exposant l'indice de p de nilpotence de N, tu pourras prouver qu'il existe une matrice M telle que (1-N).M=Id et une matrice M' telle que (1+N).M'=Id ce qui prouve l'inversibilité ...

Posté par
gui_tou
re : matrices nilpotentes 01-08-11 à 20:39

Bonsoir Manu04

On peut faire plus rapide pour la 2), en remarquant que 0 est l'unique valeur propre de N, et que 1 et -1 sont les uniques valeurs propres respectives de N+I et N-I.

Mais je doute que ce soit la réponse attendue.



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