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produit scalaire, suite et récurrence

Posté par
mellepapillon
04-06-06 à 22:04

Bonjour, je bloque sur quelques questions, je vous remercie d'avance pour votre aide.
On définit pour tout n entier naturel
U_n= (X^2-1)^n et P_n=\frac{1}{2^n n!} U_n^{(n)}(X) (dérivé n ieme)
On a une application L qui à P dans Rn[X] associe L(P)= 2XP'+(X^2-1)P''
j'ai montré que L était un endomorphisme
que L(Pn) = n(n+1)Pn et je dois justifier l'existence d'une base de Rn[X] dans laquelle la matrice de L est diagonale
ce qui me pose problème c'est que je ne vois pas quelle base prendre pour qu'on est quel les bonnes composantes, peut être que Po,P1...Pn pourrait convenir mais aurais je un moyen de montrer que c'est une base?

D'autre part on définit le produit scalaire par
(P|Q)= \int_{-1}^1 P(t) Q(t) dt
J'ai réussi à montrer que (L(Pn)|Pm)=(L(Pm)|Pn) pour tout n et m entiers naturels et je dois en déduire que la famille (Po, P1,...Pn) est orthogonale et je ne vois pas du tout le lien avec ce que je viens de montrer...

Merci d'avance et bonne soirée
Melle Papillon

Posté par
kaiser Moderateur
re : produit scalaire, suite et récurrence 04-06-06 à 22:09

Bonsoir Melle Papillon

Indication pour montrer que ces polynômes forment une base : détermine le degré de \Large{P_{k}}.

Kaiser

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 04-06-06 à 22:30

oui je l'ai déjà fait dans une question précedente mais ça ne va pas forcément faire une matrice diagonale non ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : produit scalaire, suite et récurrence 04-06-06 à 22:35

Si, si, ça va bel et bien faire une matrice diagonale.
Revenons d'abord à notre histoire de base.
Qu'as-tu trouvé comme degré ?

Posté par Joelz (invité)re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 00:07

Bonsoir

Je ne suis pas sur mais je crois que si les degrés sont échelonnés, alors cela forme une base...

A vérifier

Joelz

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 09:02

Bonjour, escusez moi j'étais partie dormir
j'ai trouvé que le degré de Pn est n et que son coeffcient est an= (2n)!/ 2^n (n!)^2

j'ai calculé les premiers termes
Po=1
P1= X
P2= 3X^2/2 -1/2
P3= 5/2 X^3 - 3/2X
.... mais dans la base cononique 1,X,X^2...X^n ça ne ferait pas une matrice diagonale...
je suis désolée de ne pas voir
merci...
Melle Papillon

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 09:11

bonjour

si,

pour les 4 premiers termes, d'après ce que tu as écrit :

1 0 -1/2  0
0 1  0  -3/2
0 0  3/2  0
0 0   0   5/2

c'est une matrice diagonale dans la base (1,X,X^2,X^3)

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 09:22

bonjour, merci de vos intéresser à mon problème mais voulez vous dire que cette matrice est diagonalisable ? car pour moi ceci est une matrice triangulaire supérieure... est ce que je me trompe ?
Merci par avance

De plus il faudrait le prouver pour tout n... est là ça se gâte non ?
Merci

Melle papillon

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 09:31

toutes mes excuses, c'est une matrice triangulaire..

j'ai vu que tu as montré que pour tout n   L(Pn)=n(n+1)Pn

=> Pn vecteur propre associé à la valeur n(n+1).

donc sur Rn[X]  dans une base (P0,P1,..Pn) ( qui est une base de Rn[x] car pour tout k<n+1  deg(Pk)=k)

L peut s'écrire :  

0 0 0 ...0
0 2 0 ...0
0 0 6 ...0
0 0.......
0 0...   n(n+1)

=> c'est une matrice diagonale dans la base (P0,P1,..Pn)

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 09:38

Jackpot, bravo  
Je n'y aurais pas pensé... Merci !

Auriez-vous aussi s'il vous plaît une idée pour ma famille orthogonale ?
Encore merci !


Melle Papillon

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 09:47

Auriez-vous aussi s'il vous plaît une idée pour ma famille orthogonale ?

puisque :

(L(Pn)|Pm)=(n(n+1)Pn|Pm)=n(n+1)(Pn|Pm)  ( car le produit scalaire est une forme bilinéaire)
de même (Pn|L(Pm))=m(m+1)(Pn|Pm)

or (L(Pn)|Pm)=(Pn|L(Pm))  <=>  ( m(m+1) - (n(n+1) ) (Pn|Pm) =0

vrai pour m différent de n donc (Pn|Pm) =0 => Pm orthogonale à Pn

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:02

ah je vois , je n'aurais pas encore eu l'idée d'utiliser cette relation ( sur le DM c'est deux parties différentes et on ne pense pas toujours à utiliser les relations d'avant).merci pour l'astuce

je voulais savoir si avec des familles orthonagonales comme celle ci on pouvait trouver un lien avec la dérivée car je dois montrer queP'_{n+1} - (n+1) \frac{a_{n+1}}{a_n} P_n | P_n)=0
Je pensais utiliser la linéarité du produit scalaire et donc on P'_{n+1} |P_n + \frac{a_{n+1}}{a_n} P_n|P_n = P'_{n+1}|P_n + \frac{a_{n+1}}{a_n}
mais je n'ai pas de relation , enfin je crois entre ma dérivée et Pn
merci d'avance pour votre aide
Melle Papillon

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:03

utiliser la BILINEARITé du produit scalaire et ici celle de la première place pardon, et j'ai oublié les parenthèses, je suis désolée

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:12

je n'ai pas dit que (Pn|Pn) =0

et je pense que (Pn|Pn)\neq 0

on recherche une relation entre P'n+1 et Pn est-ce cela ?

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:18

Oui,  (P_n | P_n ) \neq 0 .
Je pense qu'il faudrait trouver une relation entre P'_{n+1} et P_n pour pouvoir utiliser le fait que la famille (P_0, ..., P_n) est orthogonale.
Je ne vois pas...

Merci en tout cas,

Melle Papillon

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:21

mais n'ai-je pas montré que pour tout n \neq m

que (Pn |Pm) =0

donc la famille (P0,...Pn) est orthogonale.

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:38

Oui, c'est exact.
Mais P_n n'est pas relié à P'_n donc  (P_n|P_m) = 0 ne permet pas forcément de montrer que (P'_{n+1} - (n+1)\frac{a_{n+1}}{a_n}P_n | P_n ) = 0 .

Melle Papillon

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:43

Dans ton DM, as-tu trouvé une relation entre P'n+1 et les Pk avec k<n+1 ?

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:57

Non, je n'en ai pas
Mais il nous est dit d'utiliser la question 1 qui correspond à  ( L(P_n) | P_m ) = (L(P_m) | P_n ) et que la famille  (P_0,..., P_n ) est orthogonale.

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 10:59

qu'est-ce an ?

K.

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 11:04

je pense que tu dois montrer que le degré de Qn=P'n+1 - (n+1)(an+1)Pn/an

deg(Qn) < n

car si tu arrives à démontrer cela, alors Qn =\sum_{k=0}^{n-1}b_k P_k

or (Pn |Pk) =0  pour k<n

et tu auras réussi à déduire le résultat demandé.

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 11:05

a_n est le coefficient dominant de P_n. J'ai montré que a_n=\frac{(2n)!}{2^n (n!)^2}

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 11:15

Merci bien de t'investir autant,
le problème c'est que Pn est de degré n et donc non de degré infierieur strictement à n mais c'est une bonne idée que de vouloir l'écrire dans cette base...
je crois que j'ai trouvé!c'est bon!
je viens de vérifier, cela annule le coeffcient dominé, bien vu!
donc tout marche
et bien là je vous dis encore une fois bravo et bon après midi

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 05-06-06 à 11:18

je t'en prie,

pour une fois j'ai réussi à t'aider..

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 06-06-06 à 21:33

Bonsoir,

  Je suis à nouveau bloquée sur une question un peu plus loin... désolée de vous déranger encore un petit peu

  Je dois montrer que P'_{n+1} = XP'_n + (n+1)P_n. On me donne l'indication suivante : U'_{n+1} = 2(n+1)XU_n

Merci d'avance pour votre aide,

Melle Papillon

Posté par
disdrometre
re : produit scalaire, suite et récurrence 06-06-06 à 22:17

Bonsoir,

as-tu essayer de dériver (n+1) fois XUn

en commençant la dérivation  on trouve   \sum_{p=0}^{n+1} C_{n+1}^{p} X^{(p)}U_n^{(n+1-p)} (1)

or pour p>1 X^{(p)}=0

(1) devient  XU_n^{(n+1)}+(n+1)U_n^{(n)}

c'est une idée qui me passe par la tête, je ne sais pas si cela t'aide..

K.

Posté par
mellepapillon
re : produit scalaire, suite et récurrence 07-06-06 à 20:09

Merci !
Je n'avais dérivé qu'à (n-1) en fait...

Bonne soirée,

Melle Papillon



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