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Niveau Licence Maths 1e ann
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problème de matrices

Posté par
marthebdlt
24-04-17 à 22:24

Bonjour,
je dois faire l'exercice suivant mais je suis bloquée :

Soient A et B deux matrices telles que AB-BA=B
(1) Montrez que pour n'importe quel k appartenant à N,  A(B^k) = (B^k)(A + kIn)
In étant l'identité.
(2) En déduire que det(B)=0

J'ai développé la formule de départ et j'arrive à écrire que AB = B( A+ In), en revanche je n'arrive pas du tout à rajouter le k. J'ai aussi essayé par récurrence mais ça ne m'avance pas, et en passant par le déterminant je  suis bloquée aussi.

Quelqu'un pour m'aider ?

Merci d'avance, passez une bonne soirée

Marthe

Posté par
marthebdlt
re : problème de matrices 24-04-17 à 22:47

Pour la (2) je pense qu'il faut prouver que B est inversible (soit qqch.B=In), ainsi detB=0 mais je ne vois pas comment faire

Posté par
veleda
re : problème de matrices 24-04-17 à 23:04

bonsoir
pour la 1) il me semble que cela marche bien par récurrence

Posté par
jb2017
re : problème de matrices 24-04-17 à 23:24

Bonjour
1) récurrence bien sûr.
2) B inversible  et det B=0 c'est incompatible  !!!
Je pense qu'il faut raisonne rpar l'absurde: supposer que det(B)\neq0 .
passer au déterminant dans 1) simplifier et on a une relation qui ne fait intervenir que A et k et puis arriver à une contradiction.

Posté par
veleda
re : problème de matrices 24-04-17 à 23:38

AB=BA+B   par hypothèse  don cla formule est exacte  au rang 1
*on suppose qu'elle est vérifiée  à un certain  rang k

  AB^k=B^k A+k B^k (1)

on multiplie à droite par B
AB^k B=(B^k A+k B^k)B=B^k(AB)+k B^{k+1}  (2)
dans le membre de droite de (2) on remplace AB
parBA+B
je te  laisse  terminer

Posté par
marthebdlt
re : problème de matrices 24-04-17 à 23:39

Je suis toujours bloquée avec la récurrence ... Je dois dire que c'est vrai au rang k et prouver au rang k+1 ou dire que c'est vrai au rang k-1 et prouver au rang k ?

C'est le k devant l'identité qui me dérange

Posté par
marthebdlt
re : problème de matrices 24-04-17 à 23:40

Je n'avais pas lu ton message , j'essaie

Posté par
marthebdlt
re : problème de matrices 24-04-17 à 23:51

Merci beaucoup !!!

Posté par
marthebdlt
re : problème de matrices 24-04-17 à 23:56

Pour la question 2 si je trouve comme contradition det(A)=det(kIn+A) , ça suffit ?

Posté par
jb2017
re : problème de matrices 25-04-17 à 00:41

Oui mais il faut expliquer où est la contradiction. Est ce que on peut avoir cette égalité pour tout k.

Posté par
veleda
re : problème de matrices 25-04-17 à 13:52

j'ai une solution, peut être pas la plus courte, pour montrer que det(B) est  nul
je considère l'endomorphisme de M_n(R)  défini par
X\phi(X)=AX-XA  ( tu vérifies que c'est bien un endomorphisme de  M_n(r)
on a donc pour tout entier naturel non nul k \phi(B^k)=AB^k-B^kA= kB^k
donc  si B^k est non nul l'entier naturel k non nul est valeur propre pour \phi et B^k vecteur propre associé
\phi aurait une infinité de valeurs propres ce qui est impossible  car M_n(R) est de dimension finie  donc il existe un entier  r tel que B^r soit la matrice nulle
donc
det(B^r)=0=> det(B)=0
sauf étourderie de ma part

Posté par
jb2017
re : problème de matrices 25-04-17 à 16:40

Bonjour
Veleda  j'aime bien ta démonstration.

Ceci étant  on pouvait finir facilement avec  det(A)=det(kIn+A).
En effet det(kIn+A) est un polynôme en k qui commence par k^n tend vers l'infini quand k
tend vers l'infini....

Posté par
veleda
re : problème de matrices 25-04-17 à 17:59

bonjour jb2017
ta démonstration est sans doute celle attendue par le texte
j'avais pensé aussi à  poserP_n(x)=det(A+xI_n)-det(A)
P_n  polynôme de degré n    admettrait pour zéro tout entier naturel  k non nul



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