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Niveau Maths sup
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Espace vectoriel

Posté par
Kekeee
13-03-22 à 10:31

Bonjour tout le monde, j'aurais besoin d'un peu d'aide svp.

On note E l'ensemble des suites u telles que :
n,u_{n+3}=12u_{n+1}-16u_n


1. Montrer que E est un R-espace vectoriel.

2. a) Montrer qu'il existe exactement deux réels non nuls pour lesquels la suite géométrique (n)n appartient à E. On note dans ce qui suit et ces deux réels, avec <.

b) Vérifier que (nn)nappartient à E.

c) Montrer que les suites (n)n, (n)n et (nn)nforment une famille libre.

3. On note :
(an)n la suite de E telle que: a0= 1 et a1 = a2= 0

(bn)nla suite de E telle que : b0 = 0, b1=1  et b2=0

(cn)n la suite de E pour laquelle : c0 = c1= 0 et c2=1

a) Montrer que les suites (an), (bn) et (cn) forment une base de E.

b) Montrer que toute suite de E s'écrit, de manière unique, sous la forme (An + (Bn + C)n)n avec A, B, C.

4) On note F l'ensemble des suites (un)E telles que une-n→ 0.

a) Montrer que F est un sous-espace vectoriel de E.

b) Déterminer la dimension de F.



Voilà , j'ai fait la question 1 et 2 sans trop de soucis, j'ai trouvé =-4 et  =2

Par contre j'ai un peu de mal sur la 3)a).
Je ne sais pas comment m'y prendre pour montrer que c'est une base, je pensais faire par récurrence comme on nous donne les premiers termes pour montrer que toute suite de E s'écrivait comme une unique CL des suites (a), (b) et (c) mais je ne pense pas que ce soit la bonne méthode. Merci!

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 10:54

salut

a_n = (-4)^n
 \\ b_n = 2^n
 \\ c_n = n 2^n

soit p, q et r des réels tels que  \forall n \in \N  :  pa_n + qb_n + rc_n = 0

1/ montrer que p = q = r = 0
2/ toute élément de E est combinaison linéaie des suites a, b et c

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:01

1/ La liberté c'est ok en évaluant en 0, 1 et 2 j'arrive à le faire.

2/ votre question correspond à la question 3)b) (je ne sais pas si vous l'aviez vu).

Et elle se fait en résolvant l'équation caractéristique.

Mais là an n'est pas égale à (-4)n bn pas à 2n non plus, sans expression explicite des suites je ne vois pas comment montrer le caractère générateur..

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:03

ouais c'est problématique quand on voit la question b/

sans un argument d'autorité je ne vois pas comment faire a/ sans faire b/ :

si la suite est un élément de E avec ses trois premiers termes u_0, u_1 et u_2

alors la résolution du système u = pa + qb + rc d'inconnu le triplet (p, q, r) donne une unique solution ...

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:06

Je me disais que si la liberté était facile à faire on pouvait peut-être utiliser l'égalité des dimensions pour avoir donner le caractère de base à la famille. Mais chercher la dimension de E revient à déterminer une base donc bon

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:10

ha oui pardon !!!

toute suite de E est déterminée de façon unique par la donnée de ses trois premiers termes (la relation de récurrence donnant de façon unique les suivant)

les trois premiers termes de toute suite de u permettent d'écrire de façon unique u comme combinaison linéaire des suites a, b et c

la relation de récurrence permet alors de conclure

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:14

Mais comment faire si je prend une suite u quelconque de E, je n'ai pas d'expression de u0 u1 et u2..?

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:15

(Ceci sans donner d'expression comme à la question 3)b) je veux dire)

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:35

Kekeee @ 13-03-2022 à 11:14

Mais comment faire si je prend une suite u quelconque de E, je n'ai pas d'expression de u0 u1 et u2..?
ben si : c'est u_0, u_1 et u_2 !!!

et tu vois bien que (u) = u_0 (a) + u_1 (b) + u_2 (c)   (je mets des parenthèses pour préciser que c'est une combinaison linéaire de suites

maintenant montre explicitement que c'est vrai pour tout n avec la relation de récurrence ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:48

Je me permets de répondre :
Dans la question 3)a ), on oublie momentanément et .
Cette question aurait pu être posée au tout début.
Tu cherches à écrire, pour tout n de , un = xan + ybn + zcn avec x, y, z réels.
Deviner x, y et z en fonction de u0, u1 et u2 est facile.
Ensuite justifier que ça marche.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:49

Oups !

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 11:56

D'accord c'est ce que je me suis demandé, si on garder les terme tel quel.

Donc pour u0
On a u0=u0a0+b0+c0

Avec , quelconques

u1=a1+u1b1+c1

Avec , quelconques

Supposons que l'égalité est vrai au rang n et n+1

(i.e que un=an+bn+cn
Et un+1=an+1+bn+1+cn+1

Alors:
un+3=12un+1-16un
un+3=an+112 ….

Je crois que je me suis perdu, je dois montrer que Un+1 est CL de quoi?

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 12:01

Facile je ne sais pas car pour u0 par exemple je peux prendre y et z complètement quelconques donc pour les trouver ça serait difficile
Blague à part, je suis d'accord que pour les premiers termes, ça se fait, mais pour l'hérédité je ne sais pas si je ne dis pas n'importe quoi

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 12:19

pour n = 0, 1 et 2 tu déduis que u_n = u_0a_n +u_1b_n + u_2c_n

ensuite raisonnement par récurrence :

on suppose que ...

donc u_{n + 3} = 12u_{n + 1} - 16u_n = 12(u_0a_{n + 1} + u_1b_{n +1} + u_2c_{n + 1}) - 16(u_0a_n + u_1b_n + u_2c_n) = ...

(on développe et on réduit et on utilise le fait que ...)

compléter les pointillés !!

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 12:20

première ligne à prouver avec

carpediem @ 13-03-2022 à 11:03

si la suite est un élément de E avec ses trois premiers termes u_0, u_1 et u_2

alors la résolution du système u = pa + qb + rc d'inconnu le triplet (p, q, r) donne une unique solution ...

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 12:36

Ok je vois!!
On suppose que à n fixé:
un+1=u0an+1+u1bn+1+u2cn+1

Et un=u0an+u1bn+u2cn

Ensuite en développant et en utilisant le fait que a b et c appartiennent à E alors on a la relation de récurrence de l'énoncé qui s'applique aussi à ces suites! Merci carpediem!

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 15:33

J'ai ensuite essayé de determiner la dimension de F mais c'est un peu compliqué, je connais une famille génératrice de E, dois-je m'en servir?

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 15:40

u_n e^{-n} = ... ?

théorème de croissance comparée ...

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 15:47

Un/en et ça tend bien vers 0 si unen pour tout n

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 15:47

Enfin APCR suffit

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 15:58

Je ne vois pas comment déduire quelque chose

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 16:11

carpediem @ 13-03-2022 à 15:40

\red u_n e^{-n} = ... ?

théorème de croissance comparée ...

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 16:26

C'est égale à un/en

Et peut-être se servir de l'expression de un de la 3)b) ?

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 18:10

mais bon sang que vaut u_n ?????????   question 3b/ !!!!!

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 18:10

donc évidemment !!!!!!!!!!

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Espace vectoriel 13-03-22 à 21:01

C'est dommage de ne jamais avoir traduit le résultat de la question 3)b) en y remplaçant et par leur valeur :
un = A(-4)n + (Bn + C)2n

A partir de là, chercher une condition sur les réels A, B et C pour que la limite du quotient un/en soit 0.

Posté par
Kekeee
re : Espace vectoriel 14-03-22 à 07:44

Bonjour, on sait que:

C*2n[/sup e[sup]-n tend vers 0
Et que nB2ne-n tend vers 0

Donc C et B doivent être quelconque

Donc il faut que A(-4)ne-n tende vers 0 donc que A soit égale à 0.  

C'est ça?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Espace vectoriel 14-03-22 à 09:21

"Je sais que"
Je n'ai pas vu ces limites là dans un cours.
Il faut donc les justifier correctement.

Citation :
Donc C et B peuvent être quelconque


Pour A(-4)ne-n, il faut aussi justifier que la limite n'est pas 0 si A non nul.

Posté par
carpediem
re : Espace vectoriel 14-03-22 à 16:59

ouais c'est quand même dommage de ne pas aller au fond des choses ...

quand on parle des suites \left( u_ne^{-n} \right) il serait peut-être utile sinon nécessaire d'écrire proprement le terme de cette suite avec les résultats précédents !!

donc u_ne^{-n} = a \left( \dfrac {-4} e \right)^n + (bn + c) \left( \dfrac 2 e \right)^n

et un cours sur les limite des suites géométriques de première et de croissance comparée de terminale permet de conclure ...

Posté par
lafol Moderateur
re : Espace vectoriel 14-03-22 à 18:00

Bonjour
pour la question 3a, une manière de faire, mais seulement si tu as déjà appris des choses sur les applications linéaires, serait de considérer l'application linéaire qui à tout triplet de réels associe la suite de E dont ce sont les trois premiers termes, vérifier que c'est un isomorphisme, et alors la famille proposée n'est autre que l'image de la base canonique de IR^3



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