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Niveau Licence Maths 1e ann
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Démonstration théorème diagonalisation matrice symetrique

Posté par
Spk
02-06-16 à 15:19

Bonjour je dois démontrer le théorème suivant dans le cas de la dimension 2:
"Toute matrice symétrique réelle est diagonalisable dans une base orthonormale"

Je bloque un peu et je tourne en rond..
J'avais commencé par définir une matrice symétrique réelle
A=\begin{bmatrix} a&b \\ b& c \end{bmatrix}
Avec a,b et c des réelles par définition
Et j'avais commencé  à calculer le polynôme caractéristique de ma matrice A:
Donc \chi (x)=Det(A-xI2)=Det(\begin{bmatrix} a-x&b \\ b& c-x \end{bmatrix})
C'est-à-dire qu'on trouve comme polynôme caractéristique:
\chi (x)= (a-x)(c-x) -b²
Là je pensais à développer donc:
\chi (x)=(ac-ax-cx+x²)-b²
\chi (x)=x²-x(a+c)+(ac-b²)
Et là ensuite à calculer le discriminant en espérant trouver un discriminant supérieur à 0:
Donc\Delta=(a+c)²-4(ac-b²)
Donc \Delta=(a²+2ac+c²)-4ac+4b²
D'où \Delta=a²+c²+4b²-2ac
Donc en factorisant on a:
\Delta=(a-c)²+4b² (>0 car a,b et c des réels, pour b=0, c'est la matrice identité donc diagonalisable ? donc pas de soucis ici?)
Donc le polynôme caractéristique est un polynôme scindé
\chi (x)=(x-x1)(x-x2)
Avec x1=\frac{(a+b)-rac(\Delta )}{2} et x2=\frac{(a+b)+rac(\Delta )}{2}
Et là je voulais ensuite calculer la dimension des sous-espaces propres et montrer qu'elles étaient égale à la multiplicité des racines, mais je n'y arrive pas, ai-je fais fausse route quelques parts ?

Posté par
ThierryPoma
re : Démonstration théorème diagonalisation matrice symetrique 02-06-16 à 15:37

Bonsoir,

Citation :
Toute matrice symétrique réelle est diagonalisable dans une base orthonormale


Et si tu répondais à la dernière partie de ce problème...

Bonne journée !

Posté par
Recomic35
re : Démonstration théorème diagonalisation matrice symetrique 02-06-16 à 15:37

Analyse avec plus de soin les racines réelles du polynôme caractéristique :

Cas \Delta >0 : que peux-tu dire dans ce cas ? Peux tu appliquer une condition suffisante de diagonalisabilité ?
Cas \Delta = 0 : que se passe-t-il alors ? (Non, ce n'est pas la matrice identité, mais pas loin.)

Posté par
Spk
re : Démonstration théorème diagonalisation matrice symetrique 02-06-16 à 16:17

Pour \Delta>0, on a 2 racines distinctes donc le polynôme caractéristique se factorise en un produit de polynôme du premier degré à coefficient dans R donc A semblable à une matrice diagonale donc diagonalisable ?
Pour \Delta=0 ça équivaut à b=0 et a=c, donc c'est une matrice diagonale dans ce cas donc diagonalisable ?

Pour ce qui est de la base orthonormale, je ne vois pas comment l'utiliser ici

Posté par
malou Webmaster
re : Démonstration théorème diagonalisation matrice symetrique 02-06-16 à 16:48

Spk Merci de te mettre en règle rapidement Tu es en multicompte et tu as bien vu que c'était interdit
Malou(moderateur)

Posté par
luzak
re : Démonstration théorème diagonalisation matrice symetrique 02-06-16 à 16:54

Bonsoir !
Pour la base orthonormée :
Soit \begin{pmatrix}x \\ y\end{pmatrix},\;\begin{pmatrix}u \\ v\end{pmatrix} des vecteurs propres respectivement associés aux valeurs propres distinctes \lambda,\;\mu.

Alors A\begin{pmatrix}x \\ y\end{pmatrix}=\lambda\begin{pmatrix}x \\ y\end{pmatrix} donc \lambda\begin{pmatrix} x&y \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} x&y \end{pmatrix}A^T=\begin{pmatrix} x&y \end{pmatrix}A.
Donc \lambda\begin{pmatrix} x&y \end{pmatrix}\begin{pmatrix}u \\ v\end{pmatrix}=\begin{pmatrix} x&y \end{pmatrix}A\begin{pmatrix}u \\ v\end{pmatrix}=\mu\begin{pmatrix} x&y \end{pmatrix}\begin{pmatrix}u \\ v\end{pmatrix}.



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