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Niveau Licence Maths 1e ann
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une équivalence avec des matrices symétriques

Posté par
robby3
22-12-08 à 19:00

Bonsoir tout le monde, j'ai un petit soucis:

j'ai A une matrice symétrique semi-définie positive et j'aimerais montrer que ces deux propriétés sont équivalentes:

i) les valeurs propres de A sont positives ou nulles
ii)les coefficients de P(X)=det(A+XI_n) sont positifs ou nuls.

(rang A=n)

je ne vois aucune implication triviale...
pouvez-vous m'aider?:?

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:11

as t-on forcément que P(X) est un polynome unitaire scindé sur \mathbb{R}??
si oui pourquoi?

(parce que ça résoudrais mon probleme!)

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:36

Salut robby

Que sigifie "semi-definie positive" ?

D'autre part, tu sais que toute matrice symétrique réelle (au fait, elle est bien réelle cette matrice ??) est diagonalisable donc en particulier, son polynôme caractéristique est scindé sur \Large{\mathbb{R}}.
dans ce cas, P(-X) serait scindé et donc P(X) aussi (par contre, il n'est pas forcément unitaire : son coefficient dominant est \Large{(-1)^n}).

Kaiser

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:40

Salut Kaiser,
semi-définie-positive c'est que pour tout vecteur colonne x dans \mathbb{R^n}
tu as x^tAx\ge 0

(vu qu'il n'est pas forcément unitaire,ça ne m'aide pas! )

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:44

ah OK, moi j'appelle ça "matrice symétrique positive" tout court.

par contre, je me suis mal exprimé : P(-X), le polynôme caractéristique n'est pas unitaire mais P(X), lui, l'est effectivement.

Par contre, un truc bizarre : cette équivalence est louche car pour une matrice symétrique positive, ses valeurs propres sont toujours positives ou nulles.

Kaiser

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:46

Citation :
cette équivalence est louche car pour une matrice symétrique positive, ses valeurs propres sont toujours positives ou nulles.

oui...pourquoi est-ce louche?

ok pour le coté unitaire!(cool! )

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:49

C'est un peu bizarre de montrer une équivalence entre deux choses qui sont toujours vraies (ça serait un peu la même chose que de montrer que 1=1 et 2=2 sont équivalents).

Kaiser

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:51

mézalors,comment montrais-tu cette équivalence?
tu trouves ça si triviale?

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 19:57

je n'ai pas dit que je trouvais ça trivial mais je disais que ça n'avait pas de sens de montrer cette équivalence :

Mais bon, on va quand même montrer et je pense qu'à un moment, tu vas voir un truc qui coince :

on va commencer par montrer la première implication. Pour cela, commence par exprimer P(X) en utilisant les valeurs propres de A (que l'on va noter \Large{\lambda_1,..\lambda_n}).

Kaiser

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 20:50

je ne vois pas du tout...
P(X)=\chi_A(-X)

je dois écrire A sous la forme P^tDP ??
je vois pas trop là!

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 21:14

non, tu connais les racines du polynôme caractéristique donc tu peux écrire la forme factorisée du polynôme P (c'est ce que je te demandais quand je disais d'exprimer P à l'aide des valeurs propres de A).

Kaiser

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 21:26

j'ai \large \chi_A(X)=\Bigprod_{i=1}^n (X-\lambda_i)
 \\
et \large P(X)=\chi_A(-X) donc \large P(X)=-\Bigprod_{i=1}^n (X+\lambda_i)

non?

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 21:37

1) tu as oublié un \Large{(-1)^n} dans l'expression du polynôme caractéristique.
2) quand le signe "moins" sort du produit, il sort à la puissance n.

Kaiser

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 21:50

mais le polynome caractéristique,je le vois comme \large \chi_A(X)=det(A-XI_n)=(-1)^n det(XI_n-A)
et ainsi si je prend

\large \chi_A(X)=det(A-XI_n) il est unitaire, égale à \large \Bigprod_{i=1}^n (X-\lambda_i) non?



si je suit ton 1) et 2)

j'aurais donc \large P(X)=\Bigprod_{i=1}^n (X+\lambda_i) d'ou la premiere implication...



réciproquement,si P(X) a tout ses coefficients positifs ou nuls,donc ses racines sont négatives ou nulles,mes les racines de P(X) ce sont -(les racines du polynome caractéristique) non?
d'ou la 2eme implication?

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 22:04

justement, il n'est pas unitaire : si tu prends la définition du polynôme caractéristique comme étant le déterminant de A-XI, alors il y a effectivement un -1 puissance n qui traine.


Cela dit, là où je voulais en venir tout à l'heure c'est que, par exemple, pour la deuxième implication, tu n'as pas besoin de savoir que P a tous ses coefficients positifs pour dire que les valeurs propres sont positives (puisque la matrice est positive).
Sinon, en dehors de ça, OK pour les implications.

Kaiser

Posté par
robby3
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 22:06

Citation :
tu n'as pas besoin de savoir que P a tous ses coefficients positifs pour dire que les valeurs propres sont positives (puisque la matrice est positive).

>ah oui c'est vrai! c'est vraiment trop bete!!
Merci Kaiser!

Posté par
kaiser Moderateur
re : une équivalence avec des matrices symétriques 22-12-08 à 22:10

Mais je t'en prie !



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