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Ordre d'une matrice nilpotente.

Posté par
Spemath
04-12-14 à 16:23

Bonjour,

en vue d'une démonstration du théorème de Cayley Hamilton je suis amené à montrer que l'ensemble des matrices nilpotentes de Mn(C) est un fermé.

Pour cela j'aimerais dire que c'est l'image réciproque du singleton nul par l'application continue qui à une matrice A associe A^n. Or cela présuppose que l'ordre de nilpotence d'une matrice de Mn(K)est inférieur à n. Le problème est que je ne sais justement montrer cette propriété qu'en utilisant le théorème de Cayley Hamilton!

Posté par
Camélia Correcteur
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 16:26

Bonjour

Si tu as A\neq 0 tel que A^n=0 il est clair qu'il existe k (par exemple k=1 tel que A^k\neq 0.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 16:28

Bien sur je voulais dire k < n, mais de toue façon k \geq  n est impossible

Posté par
Spemath
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 16:31

Hein ? Ce que je voudrais savoir c'est comment on montrer que l'ordre de nilpotence d'une matrice carrée n*n nilpotente est plus petit que n. Par exemple pour une matrice A 3*3 on peut pas avoir A^5=0 et A^4 différent de 0.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 16:36

Je vois

Tu peux montrer que si A^k=0 et A^{k-1}\neq 0 la famille (I,A,...,A^{k-1}) est libre.

Posté par
Robot
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 16:36

Pas besoin de Cayley-Hamilton. Les noyaux emboîtés suffisent : si \ker M^{k+1}= \ker M^{k}, alors \ker M^\ell = \ker M^k pour tout \ell \geq k. Donc la suite des dimensions des noyaux des M^k, qui est croissante, stationne à partir du moment où elle pause (= a deux valeurs successives égales).

Posté par
Spemath
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 16:55

D'accord Camelia, donc si on suppose que l'ordre de nilpotence peut être supérieur ou égal à n cela implique qu'on a une famille libre d'au moins n+1 éléments ce qui n'est pas possible vu qu'on est dans un ev de dimension n. Par contre je galère un peu a montrer que c'est une famille libre. je pars sur une combinaiso ;oinéaire mais ca aboutit pas vraiment..

Posté par
Camélia Correcteur
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 17:00

Tu peux faire une récurrence sur k

Posté par
Spemath
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 17:05

Je pense avoir réussi.Pour A^n=0 et A^n-1 différent de 0.  Je prend cette combinaison linéaire : a0In+a1A+.....+an-1A^n-1=0. Je multiplie le tout par A*n-1 j'en déduis a0=0 car A^n-1 non nulle puis je multiplie par A^n-2 la combinaison linéaire a1A+.....an-1*A^n-1 et ainsi de suite je trouve que tous les coefficients doivent être nul.

Posté par
Spemath
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 17:11

Ah et à titre indicatif cette propriété que l'ensemble des matrices nilpotente est un fermé était en fait une question subsidiaire inutile à la démonstration :/

Posté par
Robot
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 17:39

Petite remarque : l'espace des matrices n\times n est de dimension n^2, et pas n. Il faut modifier un peu l'argument (ou alors employer celui que je suggère).

Posté par
philn75
re : Ordre d'une matrice nilpotente. 04-12-14 à 17:51

Salut,

Une autre methode consiste a trigonaliser ta matrice nilpotente dans Mn(C). Elle est semblable a une matrice triangulaire supérieure stricte dont tu sais calculer facilement les puissances succesives. T'obtient directement que pour k superieur a n, Ak=0 .



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