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Niveau Maths sup
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densite des matrices inversibles

Posté par
Yosh2
13-06-21 à 20:44

bonjour
je dois montrer que det(A   B)  = det (AD-BC) avec CD = DC et D non inversible .
                                                     (C  D)

pour cela on me demande de montrer qu'il existe une suite n qui tend vers 0 et tq D+nI est inversible .
j'ai essaye de partir de la definition du determinant avec la somme des permutations en utilisant le fait que det(D) = 0 et en essayant de montrer que det(D+1/nI) 0 mais sans succes , j'ai lu quelque part sur internet que det(D+nI) est un polynome en mais je n'arrive pas a voir pourquoi j'ai pense a un developpement selon les lignes ou les colonnes mais les sont sur les diagonales et a la puissance 1 .
pouvez vous m'aider ?
merci

Posté par
GBZM
re : densite des matrices inversibles 14-06-21 à 09:15

Bonjour,

Pourtant, si tu appliques la formule du déterminant avec les signatures de permutations, tu dois voir immédiatement que \det(D+\lambda  I) est un polynôme en \lambda, et tu dois même voir que c'est un polynôme unitaire de degré la taille de la matrice D.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : densite des matrices inversibles 14-06-21 à 19:10

Bonjour


Une idée : en notant p la taille commune aux quatre matrices A,B,C et D , on peut écrire


\Large \left[\begin{array}{cc}A&B\\C&D+\lambda_n I_p\end{array}\right]\times\left[\begin{array}{cc}D+\lambda_n I_p&\textcolor{red}{0}\\-C&I_p\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}A(D+\lambda_n I_p)-BC&B\\\textcolor{red}{0}&D+\lambda_n I_p\end{array}\right] sauf erreur de ma part bien entendu

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : densite des matrices inversibles 15-06-21 à 18:18

ce qui donne par passage au déterminant :

\Large \left|\begin{array}{cc}A&B\\C&D+\lambda_n I_p\end{array}\right|\times\left|\begin{array}{cc}D+\lambda_n I_p&\textcolor{red}{0}\\-C&I_p\end{array}\right|=\left|\begin{array}{cc}A(D+\lambda_n I_p)-BC&B\\\textcolor{red}{0}&D+\lambda_n I_p\end{array}\right|

puis, sachant qu'un déterminant triangulaire par blocs est le produit des déterminants de ses blocs diagonaux,

\Large \left|\begin{array}{cc}A&B\\C&D+\lambda_n I_p\end{array}\right|\times\det\left(D+\lambda_n I_p\right)=\det\left(AD-BC+\lambda_n A\right)\times\det\left(D+\lambda_n I_p\right)

l'idée de l'exercice est alors de choisir une suite (de réels) (\lambda_n) tendant vers 0 avec \det\left(D+\lambda_n I_p\right)\neq0~,~\forall n

pour avoir \forall n~~,~~\left|\begin{array}{cc}A&B\\C&D+\lambda_n I_p\end{array}\right|=\det\left(AD-BC+\lambda_n A\right)

puis, en faisant tendre n vers l'infini et en utilisant la continuité de l'application déterminant, on aboutit à :

\Large \left|\begin{array}{cc}A&B\\C&D\end{array}\right|=\det\left(AD-BC\right)

Posté par
GBZM
re : densite des matrices inversibles 15-06-21 à 18:40

Bonsoir,

Tu as très soigneusement caché l'endroit où l'hypothèse que C et D commutent intervient de manière cruciale.  Tu ne mentionnes même pas cette hypothèse !

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : densite des matrices inversibles 15-06-21 à 19:26

Oui GBZM

je l'ai sous entendu sinon le résultat du produit matriciel que j'ai mentionné dans mon premier post serait faux !

Ceci dit, la preuve ci-dessus, montre que le résultat de l'exercice : \Large \left|\begin{array}{cc}A&B\\C&D\end{array}\right|=\det\left(AD-BC\right)

est vrai sous la seule hypothèse \Large CD=DC (que D soit inversible ou non) sauf erreur de ma part bien entendu



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