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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Montre existence d'une base orthogonale

Posté par
princesyb
13-04-22 à 13:31

Bonjour,pouvez vous m'aider à résoudre cette exo svp


Exercice
Soit b une base b-orthogonale, b : E × E → K est une forme bilin ́eaire sym etrique, E  de dimension
finie n ≥ 1 et K un corps de caracteristique  ≠ 2.
1. Si b ≠0, montrer l'existence d'un vecteur e1 ∈ E tel que b(u1, u1) ≠ 0

Pour cett question j'ai dit que b  ≠0 alors il existe x,y tel que b(x,y) ≠0
Donc \frac{1}{2}q(x+y)-q(x)-q(y) ≠0
Bon après je suis bloqué que dois je faire ensuite?




2. Montrer que E = Ku1 ⊕ (Ku1)

Je sais que ici je dois dire que b|Ke1xKe1 est non dégénéré mais je sais pas comment le prouver
Ke1 comment je dois prouver su'il est de dimension finie? et que c'est un sous espace vectoriel de E?

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 14:15

salut

des e ou des u ?

si pour tout vecteur u : b(u, u) = 0 alors b est nulle

donc il existe un vecteur u (non nul) telle que b(u, u) = p 0

...

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 14:39

Ah de base c'est e mais je me suis dit je vais mette u c'est la même chose


Ok je vois ce que vous voulez dire mais moi mon prof m'a dit que si je me trompes pas que je vois utiliser l'identité de polarisation et voir dans quel cas c'est différent de 0
(Disjonction cas )
Bon bref ,moi de base j'avais écris seulement une ligne comme quoi b nulle donc il existe un e1 appartenant à E telle que q(u1) soit non nulle mais apparemment j'ai pas assez argumenté et justifie

Posté par
etniopal
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 18:30

     Bonjour !
    Dans l(ordre :
    On se donne
       .  un corps K de caractéristique  ≠ 2
       .  un entier  n > 2  ( on pose E := Kn)
        .b : E²     K   bilinéaire  symétrique non (identiquement) nulle .

    1 .La question 1 demande donc de montrer que { x E │ b(x , x) 0 }  est non vide .
     Pour ce  faire tu supposes que b(z, z) = 0 pour tout z et tu montres  que b  = 0 .
Donc tu prends  (x , y) E²  et tu cherches  à exploiter   b(z, z) = 0 pour  des z fabriqués à partir de x et y .
A toi ...
    

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 19:54

b(z,z)=\frac{1}{2}(b(z+z,z+z)-b(z,z)-b(z,z)) =\frac{1}{2}(b(z,z)+b(z,z)+b(z,z)+b(z,z)-b(z,z)-b(z,z))=\frac{1}{2}(2b(z,z))=b(z,z)=0



Donc b=0

Après je dois faire quoi?

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 20:12

partir de b(z, z) = 0 pour arriver à b(z, z) = 0 ..

ce n'est pas vraiment une démonstration !!!

on suppose que b(x, x) = 0 pour tout x

alors pour tous x et y :

b(x, y) = b\left( \dfrac {x + y} 2+ \dfrac {x - y} 2, \dfrac {x + y}2 - \dfrac {x - y} 2 \right) = ...

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 21:00

Ah ok je vois
\frac{1}{2}(b(x,x)+b(x,y)+b(y,x)+b(y,y)-b(x,x)-b(y,y))=\frac{1}{2}(2b(x,y)+b(y,y)-b(y,y))=b(x,y)=0

Donc b=0 si b(x,x)=0
Mais en fait pourquoi on fait le cas =0 vue dans l'exo on veut que ça soit différent

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 21:20

on suppose que b(x, x) = 0 pour tout x et on va montrer que b(x, y) = 0 pour tout x et y donc que b = 0 !!

je ne comprends pas ce que tu fais ...

carpediem @ 13-04-2022 à 20:12

on suppose que b(x, x) = 0 pour tout x

alors pour tous x et y :

b(x, y) = b\left( \dfrac {x + y} 2+ \dfrac {x - y} 2, \dfrac {x + y}2 - \dfrac {x - y} 2 \right) = ...
peux-tu développer proprement et finir le calcul ...

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 21:43

En fait dans mon énoncé ils ont dit que il faut utiliser la question 1) l'identité de polarisation

Bon je vais développer pour voir ce ça donne avec votre méthode
b(\frac{x+y}{2},\frac{x+y}{2})+b(\frac{x+y}{2},\frac{x-y}{2})+b(\frac{x-y}{2},\frac{x+y}{2})+b(\frac{x-y}{2},\frac{x-y}{2})=\frac{1}{4}b(x+y,x+y)+\frac{1}{4}b(x+y,x-y)+\frac{1}{4}b(x-y,x+y)+\frac{1}{4}b(x-y,x-y)
b(\frac{x+y}{2},\frac{x+y}{2})+b(\frac{x+y}{2},\frac{x-y}{2})+b(\frac{x-y}{2},\frac{x+y}{2})+b(\frac{x-y}{2},\frac{x-y}{2})=\frac{1}{4}b(x+y,x+y)+\frac{1}{4}b(x+y,x-y)+\frac{1}{4}b(x-y,x+y)+\frac{1}{4}b(x-y,x-y)


Avant que j'aille plus loin esce que là ou je mes uis arreté c'est correct?

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 13-04-22 à 21:49

ne faites pas attention à la 2me ligne c'est p=la meme chose que a 1er ligne

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 08:50

tu as oublié le moins du deuxième vecteur et tu n'as pas utiliser l'hypothèse faite sur b !!

posons u = (x + y)/2 et v = (x / y)/2

b(x, y) = b\left( \dfrac {x + y} 2+ \dfrac {x - y} 2, \dfrac {x + y}2 - \dfrac {x - y} 2 \right) = b(u + v, u {\red -} v) =

Posté par
etniopal
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 09:48

   Si b(s,s) = 0  pour tout  s  alors pour tout (x , y) on a :  b(x + y , x + y) = 0 donc   2.b(x,y) = 0 et comme 2 est inversible  b(x , y) = 0 .
Rq
  Si   K* et x E  il vaut mieux utiliser la notation  -1.x que x/ ou
\frac{x}{\lambda }

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 12:11

Si j'essaye de faire ce que vous avez dit
b(x,y)=b(u,u)+b(u,-v)+b(v,u)+b(v,-v)=b(u,u)-b(u,v) +b(v,u)-b(v,v)=2b(u,v) =2 b\left( \dfrac {x + y} 2+ , \dfrac {x - y} 2 \right)
=2 b\left( \dfrac {x + y} 2+ , \dfrac {x - y} 2 \right)

Après mon problème c'est calculer ceci je m'y perd un peu avec ces sommes division …

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 12:15

b(u + v, u - v) = b(u, u) + b(u, -v) + b(v, u) + b(v, -v) = 0 - b(u, v) + b(u, v) - 0 = 0

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 12:19

pourquoi b(u,u) et b(v,-v)= 0 pourtant l'hypothèse c'était dur b(x,x)=0

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 12:24

Et en plus je vois pas trop on suppose b(x,x)=0 alors b(x,y)=0 et donc b=0

Pourquoi on fait pas différent de 0 vu que l'exo dit qu'on veut monter si b0 alors il existe un vecteur e1E tel que b(e1,e1) 0

Nous on fait le cas où b est nulle

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 12:33

etniopal @ 14-04-2022 à 09:48

   Si b(s,s) = 0  pour tout  s  alors pour tout (x , y) on a :  b(x + y , x + y) = 0 donc   2.b(x,y) = 0 et comme 2 est inversible  b(x , y) = 0 .
Rq
  Si   K* et x E  il vaut mieux utiliser la notation  -1.x que x/ ou
\frac{x}{\lambda }


Cette méthode me paraît simple aussi

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 13:18

carpediem @ 13-04-2022 à 20:12

on suppose que b(x, x) = 0 pour tout x

alors pour tous x et y :

b(x + y, x - y) = ...


il serait bien de réfléchir un peu !!

on veut montrer que si b n'est pas nulle alors il existe un vecteur x tel que b(x, x) 0

donc on suppose que pour tout x :  b(x, x) = 0 ...

et on aboutit à une contradiction !! (puisqu'on a montré que b = 0)

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 13:38

Ah pour moi raisonnement par contradiction c'est on suppose que c'est nulle et on montre que b(ei,ei) différent de 0. On a contradiction car on suppose c'est nulle et on voit que ça l'implique différent



Bon ,c'est une bonne méthode mais moi mon exo on me demande d'utiliser l'identité de polarisation

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 15:27

l'identité de polarisation dit que : 2b(x, y) = q(x +y) - q(x) - q(y)

si q est nulle alors b est nulle ...

si q n'est pas nulle alors il existe deux vecteurs x et y tels que le second membre n'est pas nul donc tel que b n'est pas nulle ...

mais bof ... peu d'intérêt à utiliser cette identité ... puisque q(x) = b(x, x) ...

encore du pédantisme mal placé ...

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 16:30

Dans l'exo on considère que b non nulle

Par raisonnement absurde on suppose que b est nulle et on doit déduire que q est nulle


Âpre vous avez dit que si q non nulle alors il existe …
Comment prouvez cela rien que a partie de 2b(x,y)=q(x+y)-q(x)-q(y)

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 17:35

Bonjour,

Il n'y a aucun besoin de l'identité de polarisation puisque, d'après l'énoncé, on part d'une base \mathcal B qui est b-orthogonale.
Si  b(u,u)=0 pour tout vecteur u de cette base orthogonale, quelle est la matrice de b dans cette base ?

Mais peut-être ne peut-on pas faire confiance à ta transcription de l'énoncé ? Il y a la même lettre b qui désigne deux choses différentes, il y a un e1 qui devient u1, bref c'est un peu la pagaille.

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 17:43

Le vrai énonce c'est :

Soit b une base b-orthogonale, b : E × E → K est une forme bilin ́eaire sym etrique, E  de dimension finie n ≥ 1 et K un corps de caracteristique  ≠ 2.
1)Si b est non nulle, montrer l'existence d'un vecteur e1 E tel que b(e1,e1)0
Indication:Identité de polarisation

2)Montrer que E=Ke1 ⊕orthogonal  (Ke1)

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 17:44

C'est ce petit indication de l'exercice qui nous oblige à utiliser cette identité

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 17:50

Une indication n'oblige à rien, si elle est inutile.
Tu ne réponds pas à ma question. Je la répète :

GBZM @ 14-04-2022 à 17:35

Si  b(u,u)=0 pour tout vecteur u de cette base orthogonale, quelle est la matrice de b dans cette base ?

Par ailleurs, dans ton énoncé corrigé, il y a toujours la même lettre b qui désigne deux choses différentes.

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 17:59

Ah oui c'est dans mon énoncé ils ont dit d'une base b orthogonal mais ils n'ont pas préciser donc du coup j'ai mis soit b cette base


Pour répondre à votre question :
La matrice de b dans cette base est diagonale
Une base e est orthogonal par b ssi Mat(b,e) est diagonal .Mat(b,e)=In

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 18:18

Pourrait-on avoir l'énoncé exact, sans invention de ta part ?
Oui, la matrice de b dans une base b-orthogonale est diagonale. Et si b(u,u)=0 pour tout vecteur u de cette base, quels sont les coefficients de la diagonale ? Conclusion  sur b ?

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 18:23

On se propose de donner une autre démonstration de l'existence d'une base b-orthogonale,lorsque b:ExE->K est une forme bilinéaire symétrique,E étant de dimension finie n>=1 et K étant un corps de caractéristique différente de 2

1) Si b est non nulle,monter l'existence d'un vecteur e1 E tel que b(e1,e1)0


Je pense que les coefficients de là diagonal sont nulles

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 18:30

Comprends-tu que le vrai énoncé n'a rien à voir avec ce que tu nous servi ?
Le vrai énoncé commence par "On se propose de donner une autre démonstration de l'existence d'une base b-orthogonale".
Ta version commence par "Soit b une base b-orthogonale". Tu supposes le problème résolu. Ma réserve "Mais peut-être ne peut-on pas faire confiance à ta transcription de l'énoncé ? "  était donc justifiée. Avec le vrai énoncé, il convient effectivement d'utiliser l'identité de polarisation.

Ne t'amuse pas à bricoler tes énoncés. Donne nous toujours le vrai énoncé.

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 18:31

Ah désolé je pensais pas que cette petite phrase du début avait une importance

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 14-04-22 à 18:57

Du coup comment j'utilise cette identité sachant que la forme bilinéaire associé a la forme quadratique c'est bq(x,y)=\frac{1}{2}(q(x+y)-q(x)-q(y))

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 09:14

carpediem @ 14-04-2022 à 15:27

l'identité de polarisation dit que : 2b(x, y) = q(x +y) - q(x) - q(y)

si q est nulle alors b est nulle ...

si q n'est pas nulle alors il existe deux vecteurs x et y tels que le second membre n'est pas nul donc tel que b n'est pas nulle ...

mais bof ... peu d'intérêt à utiliser cette identité ... puisque q(x) = b(x, x) ...

encore du pédantisme mal placé ...


Le problème esceque je peux partir de si q est nulle ?

Parce que l'hypothèse de base c'est si b est nulle

Moi j'ai dit si b est nulle alors la forme quadratique associé sera nulle aussi et on m'a dit c'est pas bon,chose que j'ai pas compris

Car 2b(x,y)=q(x+y)-q(x)-q(y)=0
q=0?

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 11:39

La première question te demande de montrer que si b n'est pas nulle, alors la forme quadratique associée q n'est pas nulle ( c.-à-d. qu'il existe e_1\in E tel que q(e_1)=b(e_1,e_1)\neq 0).
Autrement dit, il s'agit de montrer (proposition contraposée) que si q est nulle, alors b est nulle.

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 11:56

Ah ok je vois donc
2b(x,y)=0(x+y)-0(x)-0(y)=0
Donc b(x,y)=0 et donc b=0


Et c'est tout ?

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 12:08

Il manque quelques quantificateurs ...
Fais attention à la rédaction.

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 12:23

Je reprends Supposons que e1 , b(e1,e1)=q(e1)=0 et montrons que b=0


D.après l.identité de polarisation
q(x+y)-q(x)-q(y)=2b(x,y)
0(x+y)-0(x)-0(y)=2b(x,y)
b(x,y)=0
Donc b=0

Donc on a montré l'existence d'un vecteur e1 appartenant à E si b est non nulle


Esce bon? Où il manque des choses?


Sinon si c.est bon je passe à la dernière question

2) le 2) en fait je sais que je dois dire  ke1 est un sous espace vectoriel de E de dimension finir et b|Ke1xKe1 est non dégénéré
Donc d'après un certain théorème E=Ke1 ⊕ Orthogonal(Ke1)


Sauf que j'arrive pas à justifier les trucs que je viens de dire,il me manque des arguments et de bonnes preuves pour faire cette question correctement

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 12:40

ok je vois mieux !!

effectivement avec le bon énoncé il faut on peut utiliser l'identité de polarisation ...

car on peut très bien écrire

2b(x, y) = b(x + y, x + y) - b(x, x) - b(y, y) = 0 - 0 - 0 = 0 ...

soit donc u un vecteur tel que b(u, u) = n 0

pour tout vecteur v de E posons w = v - [b(u, v)/n] u

que vaut b(u, w) ?

conclusion ?

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 13:08

b(u,w)=b(u,-u\frac{b(u,v)}{n})=b(u,-u)-u\frac{b(u,v)}{n}
Après je sais pas b(u,-u) esceque c'est égale à b(u,u)-b(u,u)=0?

Posté par
carpediem
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 14:12

tu n'as pas calculé ce que j'ai demandé ...

que de fautes de lecture ...

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 14:14

Tu as trouvé un élément e_1\in E tel que b(e_1,e_1)\neq 0.
Je te conseille de considérer le noyau de la forme linéaire x\mapsto b(e_1,x). Que peux-tu en dire ?

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 15:09

carpediem @ 15-04-2022 à 14:12

tu n'as pas calculé ce que j'ai demandé ...

que de fautes de lecture ...


Ah bon c'est pas bon ,j'ai juste essayé d'appliquer les propriétés de b est une forme bilinéaire

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 15:10

Et pourquoi on fait posons w=..
Moi j'arrive pas à calculer b(u,w) car l'expression de w est un peu dur à calculer

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 15:23

GBZM @ 15-04-2022 à 14:14

Tu as trouvé un élément e_1\in E tel que b(e_1,e_1)\neq 0.
Je te conseille de considérer le noyau de la forme linéaire x\mapsto b(e_1,x). Que peux-tu en dire ?


Soit la forme linéaire L: E-->K
                                                     x|-->b(e1,x)

ker(L)=xE,e1E,b(e1,x)=0}

Soit e1=\begin{pmatrix}e1_a \\ e1_b \\ .. \\ e1_n \end{pmatrix} et x=\begin{pmatrix}x_1 \\ x_2 \\ .. \\ x_n \end{pmatrix}

Don b(e1,x)=b(e1)+b(x) mais aprés je sais pas comment les calculer

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 21:14

Citation :

Don b(e1,x)=b(e1)+b(x)

Tu écris des choses qui n'ont aucun sens pour moi. J'ai l'impression que ça n'en a pas non plus pour toi.
C'est un problème, non ?
Normalement, ce qu'on écrit, ça doit faire sens.

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 21:40

Le noyau est de dimension n-1 car b(e1,x) est surjective (rg b=1)

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 21:54

Bon, ça c'est correct. Mais pourquoi cette forme linéaire est-elle surjective (ce qui revient à dire qu'elle n'est pas nulle ) ?
Et vois tu comment ça peut t'amener à répondre à la question 2 ?

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 15-04-22 à 21:57

Toute forme linéaire non nulle est surjective
Non je vois pas du tout cas ker Ke1 n'as aucun lien avec orthogonal de Ke1

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 16-04-22 à 09:50

Ton "ker Ke1" n'a aucun sens. Applique-toi à ce que ce que tu écris ait bien du sens, et un sens que tu comprends.

Quel est le rapport entre l'orthogonal de Ke_1 et la forme linéaire x\mapsto b(e_1,x) ?

Posté par
princesyb
re : Montre existence d'une base orthogonale 16-04-22 à 10:33

Je sais que orthogonal Ke1={xE tel que e1E,b(e1,x)=0}

Posté par
GBZM
re : Montre existence d'une base orthogonale 16-04-22 à 11:06

Et donc ?

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