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Niveau Maths sup
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Endomorphismes et Matrices

Posté par
cla241541
28-04-23 à 15:57

Bonjour! Voici l'énoncé de mon problème:

Soit A M2() et pour tout M M2()

Soit (A) et des endomorphismes de M2() :

(A) : M AM-MA

: A (A)

Mon but est de trouver Ker() puis d'en déduire son rang.

Mes recherches pour résoudre la question :

J'ai d'abord essayé de trouver Ker() :

Ker() ={AM2() | (A)= 0}

Ainsi, il faut trouver, pour tout MM2() :

AM-MA = 0 ainsi AM=MA

pour que le produit soit commutatif, il faudrait que A=I2

Je ne vois pas comment trouver Ker() à partir de ce que j'ai énoncé...


Sinon, une fois Ker() trouvé, j'ai pensé à utiliser le théorème du rang pour trouver ce dernier :
dim(M2())=dim(Ker)+ rg()

Qu'en pensez-vous ?

Merci d'avoir lu mon message.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Endomorphismes et Matrices 28-04-23 à 16:37

Bonjour

A peut commuter avec tout M même si A n'est pas l'identité!

Posté par
cla241541
re : Endomorphismes et Matrices 28-04-23 à 16:49

Oui en effet! Toutefois pour que AM=MA,
c'est seulement possible lorsque A=I2 ou A=M non?

Posté par
verdurin
re : Endomorphismes et Matrices 28-04-23 à 16:50

Bonsoir,
il me semble que n'est pas un endomorphisme de M2() mais une application de M2() dans l'ensemble L(M2()) des endomorphismes de M2().

Posté par
Camélia Correcteur
re : Endomorphismes et Matrices 28-04-23 à 17:33

Les matrices qui commutent avec tout M sont les homothéties.

Posté par
cla241541
re : Endomorphismes et Matrices 28-04-23 à 18:12

verdurin @ 28-04-2023 à 16:50

Bonsoir,
il me semble que n'est pas un endomorphisme de M2() mais une application de M2() dans l'ensemble L(M2()) des endomorphismes de M2().


En effet! Vous avez raison.
: M2() L(M2())


Camélia @ 28-04-2023 à 17:33

Les matrices qui commutent avec tout M sont les homothéties.


Si je comprends bien,  AI2
Ainsi Ker()=I2 ?

Posté par
Ulmiere
re : Endomorphismes et Matrices 28-04-23 à 20:13

Camélia t'a donné la réponse, mais il faut quand même que tu prouves ce qu'elle avance

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Endomorphismes et Matrices 29-04-23 à 01:45

Bonsoir

cla241541 \to ou voit bien que (pour toute matrice A de \mathcal M_2(\mathbb R)), \boxed{\varphi(A)(I_2)=AI_2-I_2A=A-A=0} et donc \boxed{I_2\in\ker\varphi(A)}

et on a aussi \boxed{\varphi(A)(A)=A^2-A^2=0} et donc \boxed{A\in\ker\varphi(A)}

si la famille (I_2,A) est liée c'est à dire si A=\lambda I_2 l'endomorphisme \boxed{\varphi(A)} est nul et donc \boxed{rg(\varphi(A))=0}

si la famille (I_2,A) est libre c'est à dire si A\neq\lambda I_2 on a \boxed{\dim\ker\varphi(A)\in\{2,3,4\}} et donc (par le théorème du rang) \boxed{rg(\varphi(A))\in\{0,1,2\}}.

Une manière pour déterminer (d'une façon précise) \boxed{rg(\varphi(A))} est de poser \boxed{A= \left(\begin{array}{cc}a&b\\c&d\end{array}\right)}

puis écrire la matrice \mathcal A de l'endomorphisme \varphi(A) dans la base canonique \boxed{(E_{11},E_{12},E_{21},E_{22})} de \mathcal M_2(\mathbb R)

si mes calculs sont bons on trouve \boxed{\mathcal A= \left[\begin{array}{cccc}0&-c&b&0\\-b&a-d&0&b\\c&0&d-a&-c\\0&c&-b&0\end{array}\right]} et on a du coup \boxed{rg(\varphi(A))=rg(\mathcal A)}

et comme A\neq\lambda I_2 on a (a-d,b,c)\neq(0,0,0) ... je te laisse alors conclure ! sauf erreur de ma part bien entendu

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Endomorphismes et Matrices 29-04-23 à 01:52

Je viens de m'apercevoir que j'ai répondu à côté

C'est le rang de \varphi qu'on cherche à déterminer et non celui de \varphi(A)

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Endomorphismes et Matrices 29-04-23 à 02:04

Néanmoins on a montré que si A\neq\lambda I_2 on a rg(\varphi(A))=2 et donc à fortiori \varphi(A) n'est pas l'endomorphisme nul de \mathcal M_2(\mathbb R)

et ainsi A\in\ker\varphi si et seulement si la famille (A,I_2) est liée

et donc \ker\varphi=\mathbb R I_2 et donc \dim\ker\varphi=1 ...

Posté par
Ulmiere
re : Endomorphismes et Matrices 29-04-23 à 11:52

Il suffisait de projeter sur un hyperplan supplémentaire de Vect(I) et d'utiliser la célèbre interversion \forall -- \exists pour les homothéties.

Ou plus simplement puisqu'on est en dimension finie, de calculer AE_{i,j} et E_{i,j}A et de conclure directement.



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