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Résolution d'une équation matricielle

Posté par
ZiYun
16-06-19 à 20:31

Bonjour,

Je bloque sur la résolution de l'équation matricielle suivante : M^{2}=-I_{n} dans M_{n}(\mathbb{R}).
Si M solution alors X^{2}+1 est un polynôme annulateur de M et donc elle est diagonalisable dans M_{n}(\mathbb{C}) car il est scindé à racines simples sur \mathbb{C}.
Considérons l'endomorphisme f \in L(\mathbb{C}^{n}) canoniquement associé à M.
Vu que la matrice est réelle alors les deux valeurs propres i,-i ont même multiplicité égale à la dimension des sous-espaces propres associés. Doncn=2p avec p la dimension d'un sous-espace propre.
En prenant (e_{1},...,e_{p}) base de E_{i} on montre facilement que (\bar{e}_{1},...,\bar{e}_{p}) est une base de E_{-i}.
(e_{1},...,e_{p},...,\bar{e}_{1},...,\bar{e}_{p}) est une base de \mathbb{C}^{n}. En prenant \big(e_{1}+\bar{e}_{1},...,e_{p}+\bar{e}_{p},i(e_{1}-\bar{e}_{1}),...,i(e_{p}-\bar{e}_{p})\big) alors nous obtenons une base de \mathbb{C}^{n} avec des éléments de \mathbb{R}^{n}.
Mais je ne vois pas comment conclure que M est \mathbb{R}-semblable à \begin{pmatrix} 0 & -I_{p}\\ I_{p} & 0 \end{pmatrix}. Car on doit trouver une base de \mathbb{R}^{n} mais la base que nous trouvons est de cardinal  : 2p=dim(\mathbb{C}^{n}).

J'espère que vous pourrez m'aider afin de comprendre cette différence entre \mathbb{R}^{n} et \mathbb{C}^{n} car cela m'a bien embrouillé durant l'exercice.

Merci d'avance,

Posté par
carpediem
re : Résolution d'une équation matricielle 16-06-19 à 21:07

salut

pour tout vecteur u non nul :

1/ montre que f(u) n'est pas colinéaire à u

2/ vérifie que le plan P = vect(u, f(u)) est stable par u et que la matrice de f restreinte à ce plan vectoriel est

(0  -1)
(1    0)

3/ recommencer avec un vecteur v du supplémentaire de P dans R^n

Posté par
ZiYun
re : Résolution d'une équation matricielle 16-06-19 à 21:30

Bonsoir,

Merci pour votre réponse. Je suivrai votre solution aussi. Mais j'aimerai comprendre comment on obtient la base de \mathbb{R}^{n} à partir de celle de \mathbb{C}^{n}. Car si E est un \mathbb{C}-espace vectoriel de dimension 2n alors c'est un \mathbb{R}-espace vectoriel de dimension n non ?

Merci d'avance,

Posté par
carpediem
re : Résolution d'une équation matricielle 16-06-19 à 22:15

je dirai plutôt le contraire ...

Posté par
ZiYun
re : Résolution d'une équation matricielle 16-06-19 à 22:23

Vous avez raison. Mais la base qu'on trouve est de n et la base qu'on obtient pour n est de même cardinal. C'est possible s'il vous plaît ?

Posté par
luzak
re : Résolution d'une équation matricielle 16-06-19 à 23:46

Bonsoir !
Tu peux tout faire en restant dans l'ensemble des réels !

Par récurrence sur p tu montres que  si e_1,\dots,e_p,f(e_1),\dots,f(e_p) est libre ainsi que e_1,\dots,e_p,f(e_1),\dots,f(e_p),e_{p+1} alors e_1,\dots,e_p,e_{p+1},f(e_1),\dots,f(e_p),f(e_{p+1}) est libre.
(Il suffit d'écrire une combinaison linéaire nulle, en prendre l'image par f puis éliminer f(e_{p+1})).

Il en résulte que la dimension est paire (on peut l'obtenir plus rapidement en considérant le déterminant de f) et la matrice de f dans la base e_1,\dots,e_p,f(e_1),\dots,f(e_p) lorsque n=2p est de la forme souhaitée.

Posté par
ZiYun
re : Résolution d'une équation matricielle 17-06-19 à 23:56

Bonsoir,

En fait ce qui me tracasse n'est pas la liberté. Mais le cardinal des deux bases.

Au début on avait une base de cardinal n=2p pour \mathbb{C}^{n} et après on a trouvé une base de cardinal n=2p pour \mathbb{R}^{n}. Cela veut dire que dim(\mathbb{R}^{n})=dim(\mathbb{C}^{n}).
C'est ca qui me tracasse en fait.

Merci d'avance,

Posté par
luzak
re : Résolution d'une équation matricielle 18-06-19 à 09:05

Il manque une précision dans ton discours !
Il faudrait écrire \mathrm{dim}_{\R}(\R^n)=\mathrm{dim}_{\C}(\C^n) et c'est même vrai en remplaçant \R par un corps quelconque.

Posté par
ZiYun
re : Résolution d'une équation matricielle 18-06-19 à 19:45

Bonjour,

J'oubliais ce détail si important... Merci pour votre aide.



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