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Niveau maths spé
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Densité d groupe linéaire

Posté par
matovitch
10-03-11 à 11:16

Bonjour à tous !
Je suis tombé sur un exo (sur le net) où avait été utilisé la densité de GL_n(\mathbb{R}) dans (bien sûr) M_n(\mathbb{R}).

Je ne sais pas si ce résultat est du programme de spé, mais j'ai cherché une démo rapidement :
Les matrices non inversibles sont le noyeau du déterminant polynôme à n^2 variable c'est donc une "hypersurface de niveau" et donc son complémentaire est dense.

Voilà ce qui m'est venu à l'esprit. Est-ce correct et comment rédiger ça correctement ?
Merci d'avance pour vos idées.

Posté par
Weensie
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 11:30

Salut!
Je  vois pas tout à fait ce que tu veux dire, mais je sais qu'une démonstration possible pour montrer la densité du groupe linéaire dans l'ensemble des matrices nxn consiste à exhiber ce dernier comme étant l'adhérence de GLn.
C'est à dire que toute matrice de Mn(R) est limite d'une suite d'éléments de GLn.
Soit M une matrice de déterminant nul.
Considère la suite de matrices Mp=M+1/p I.
Le déterminant est un polynôme de degré n, donc il existe un rang à partir duquel det(Mp) sera non-nul (existence d'une sous-suite de matrices inversibles)
or la suite Mp converge assez trivialement vers M.
Donc M est limite d'une suite de matrices inversibles.

Posté par
matovitch
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 11:43

Merci de la réponse et joli démo (juste pour la sous suite).
Par contre j'aimerais bien savoir si ma petite idée pourrait se justifier...

Posté par
LeHibou
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 11:43

Bonjour,

Utilise le polynôme caractéristique :
Soit une matrice A de Mn(R) :
Soit elle est inversible, et elle est dans GLn(R)
Soit elle n'est pas inversible, donc son polynôme caractéristique PA(x) = det(A+xI) possède 0 comme racine.
Perturbe alors légèrement A en A'(n) = A + (1/n)I, le polynôme caractéristique de A'(n) est PA'(n)(x) = det(A+(x+1/n)I)
Sachant que les racines d'un polynôme sont en nombre fini et donc isolées, et que PA(0) = 0, tu en déduis que pour n assez grand, PA'(0) = PA(1/n) est 0, donc que A'(n) est inversible
Tu as donc construit une suite de matrices A'(n), inversibles à partir d'un certain rang, et qui convergent vers A non inversible
GLn(R) est donc dense dans Mn(R)
Sauf erreur   

Posté par
LeHibou
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 11:44

Grillé par Weensie

Posté par
matovitch
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 11:56

Bonjour le Hibou !
Merci de préciser, mais je crois que tu compliques.
Les racines du polynôme caractéristique de A sont au plus au nombre de n il parait donc clair
qu'il existe un voisinage de 0 sur lequel le polynôme n'est pas nul.

Posté par
matovitch
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 11:57

Enfin...en virant le 0.

Posté par
Weensie
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 12:07

Lol le Hibou!  Comment vas tu^^

Posté par
Weensie
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 12:08

Salut matovitch, je viens de trouver un site qui pourra t'intéresser.
Regarde la 2e démo:
http://pedestre.info/Math/Rappel%20th%E9or%E8mes/rappel_th%E9or%E8mes.pdf

Posté par
matovitch
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 12:22

Mercila première démo est à peu de chose près c'est la même chose (même si l'on a besoin de \mathbb{C}).

Et la deuxième démo est exactement la même que la première sauf qu'au lien de se dégager une diagonale, on se dégage un sous espace S en faisant attention qu'il soit bien supplémentaire à l'image de phi.

Posté par
LeHibou
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 13:56

--> Weensie, tout va bien, merci,  et toi ?

--> matovitch, ref ta réponse de 11h56, je ne résiste pas à te retourner cette citation :
      En mathématiques, "évident" est le mot le plus dangereux.
      [Eric Temple Bell]
      

Posté par
matovitch
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 14:58

le hibou >> Pour être plus précis :
Les racines du polynôme caractéristique de A sont algébrique donc le complémentaire de l'ensemble des racines
contient l'ensemble des nombres transcendant qui est dense dans \mathbb{R},
il est donc lui même dense (l'adhérence étant croissante pour l'inclusion).
Ainsi, il existe une suite convergeant vers 0 tel que la suite image par le polynôme caractéristique ne s' annule pas.

Tout cela pour dire que si tu as des barreaux à la fenêtre de ta chambre si tu es assez mince tu pourra quand même sortir. (par la fenêtre ) (sans scier les barreaux )
Cela me paraît beaucoup de formalisme pour pas grand chose...
Ne commençons pas un débat épistémologique mais je t'invite à regarder cette conférence très intéressante de Vladimir Arnold :

ps : Désolé des divers délires. Pour la vidéo, je ne partage pas toutes les vues de l'auteur,
je n'ai d'ailleurs pas le recul nécessaire pour juger mais la partie "mathématiques" et "anecdotes"
est très intéressante. (la redondance à du bon)

Posté par
kybjm
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 15:07

La densité de GLn() dans Mn() peut aussi se voir en montrant que pour tout d * et tout P [X1,....,Xd] \ {0} l'ensemble CP = { x d | P(x) = 0 } est d'intérieur vide .

C'est vrai si d = 1 puisque dans ce cas CP est fini .
Si on suppose que c'est vrai pour d * et si  P [X1,....,Xd+1] est tel que CP est d'intérieur non vide on peut trouver a d+1 et r > 0 tel que pour tout x de  1d+1 [ak-r , ak+r] on ait P(x) = 0 .
Mais P = n Qn(X1,....,Xd)Xd+1n  .
Soit donc (x1,....,xd) 1d [ak-r , ak+r].
Le polynôme n Qn(x1,....,xd)Xn ayant une infinité de racines (tous les réels de [ad+1 - r , ad+1  + r] ), tous les Qn(x1,....,xd) sont nuls.
Par hypothèse (de récurrence) tous les Qn sont nuls et donc P = 0.
  


n Qn(x1,....,xd)Xn ayant une infinité de racines tous les

Posté par
matovitch
re : Densité d groupe linéaire 10-03-11 à 15:37

J'aime beaucoup ! Merci kybjm !
Pour résumer la fin : le noyau du déterminant étant d'intérieur vide son complémentaire est dense.
Elle se rapproche de mon idée : le noyau étant une "hypersurface de niveau", cela parait
normal que l'intérieur soit vide (seul un volume contient quelque chose).



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