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Niveau Maths sup
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Spectre d'une matrice

Posté par
Mermillon
22-10-14 à 08:26

Bonjour,

En utilisant seulement la définition d'une valeur propre et d'un vecteur propre associé, je dois déterminer le spectre de la matrice A=

1/21/21/4
-1/23/21/4
2-20

Puis je dois dire si elle est diagonalisable.
Enfin, j'ai à trouver l'ensemble des matrices M 3x3 telles que MA=M.
Pour la première question je tombe dans des calculs trop longs à recopier ici et dont je ne me sors pas. Merci de me dire quel est le bon point de départ afin que je recommence tout.

Posté par
Yggdrasyll
re : Spectre d'une matrice 22-10-14 à 08:42

bonjour

AX= \lambda X avec \lambda valeur propre et X vecteur propre

par exemple si tu fais X=e_1 + 2e_3 (= \begin{pmatrix} 1  \\ 0 \\ 2 \end{pmatrix})
et que tu fais la meme chose avec les vecteur 1 et 3 de ta matrice ça donne
\begin{pmatrix} 1/2  \\ -1/2 \\ 2 \end{pmatrix}+\begin{pmatrix} 1/2  \\ 1/2 \\ 0 \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} 1  \\ 0 \\ 2 \end{pmatrix}
donct tu as AX= 1 X donc tu as une valeur propre et le vecteur propre associé

Posté par
Mermillon
Spectre d'une matrice 22-10-14 à 08:58

Bonjour,
Merci pour votre réponse mais je dois être bouché car je ne comprends pas ce que vous faites. Merci de préciser s'il vous plait.

Posté par
Yggdrasyll
re : Spectre d'une matrice 22-10-14 à 09:18

e_1,e_2,e_3 sont les vecteurs de la base canonique de \R^3
la définition d'une valeur propre est AX= \lambda X avec A \in M_{3x3}, X \in \C^3 et \lambda \in \C un scalaire.

si on appelle v_1, v_2, v_3 les vecteurs de la matrice A on vérifie que (v_1, v_2, v_3) forme une base de \R^3 (sinon tu auras une valeur propre nulle). Alors si on trouve a_1, a_2, a_3 \in \C tel que :
a_1v_1 + a_2v_2 + a_3v_3 = \lambda (a_1e_1 + a_2e_2 + a_3e_3)

Alors (a_1, a_2, a_3 ) est le vecteur propre associer à la valeur propre \lambda.

danse ce que j'ai dit au dessus (a_1=1, a_2=0, a_3=2 )

Posté par
Yggdrasyll
re : Spectre d'une matrice 22-10-14 à 09:20

maintenant il faut trouver d'autre combinaison linéaire qui marche.

Posté par
DOMOREA
Spectre d'une matrice 22-10-14 à 09:25

Bonjour,
On trouve facilement e1+e2 comme vecteur propre

Posté par
Mermillon
Spectre d'une matrice 22-10-14 à 10:04

Bon, je reprends ce que je pense avoir compris : les vecteurs v sont les vecteurs  dont j'ai les coordonnés dans la matrice v1 (1/2 ;-1/2;2) , v2 (1/2;3/2;-2) , v3 (1/4;1/4;0). Ils forment une base de R3 d'accord.
Je cherche maintenant des vecteurs X (x;y;z) et des réels lambda tels que AX=lambdaX j'obtiens donc 3 équations en x, y et z et lambda. J'ai 4 inconnues et 3 équations que je ne sais pas résoudre.
Dans ce que vous me dites, je ne comprends pas d'où viennent les valeurs des à.

Posté par
Mermillon
Spectre d'une matrice 22-10-14 à 11:38

Ce qui  me serait utile ce serait que vous me disiez quelle méthode vous employez pour trouver les coefficients a car là j'ai un peu l'impression  que c'est une recherche  à vue.

Posté par
Yggdrasyll
re : Spectre d'une matrice 22-10-14 à 14:43

c'est une recherche a vu. en testant des combinaisons facilement visibles .
sinon la méthode qui marche c'est de calculer le polynôme caractéristique de la matrice. mais ça sera du calcul brut.

Posté par
DOMOREA
Spectre d'une matrice 22-10-14 à 14:56

Bonjour,
la méthode n'est plus, il me semble du programme de sup
Tu peux remarquer que le rang de la matrice est <3 (déterminant=0)donc il y a 0 comme valeur propre
f(u)=\lambda uavec u non nul \Longleftrightarrow il existe un vecteur non nul (f-\lambda id_E)(u)=0_E le rang de la matrice M(f-\lambda id_E)est donc inférieur à la dimension de E, donc Det(M(f-\lambda id_E))=0
tu calcules ce déterminant  , c'est un polynôme de degré 3 en \lambdaque tu peux trouver directement factorisé si tu sais calculer astucieusement un déterminant ou facilement factorisable  et tu cherches les solutions, ce sont les valeurs propres .
si je ne me trompe, tu trouveras 0,1 et -3/4
Les vecteurs propres se trouvent  en déterminant les  U(x,y,z)non nuls les plus simples  tels que MU=0,  MU=U puis MU=(-3/4)U
ta matrice sera donc diagonalisable et de diagonale 1,-3/4,0
C'est la matrice de f dans la base de vecteurs propres.
pour la 2;
une méthode consiste résoudre M(A-I) =0M3

Posté par
Mermillon
Spectre d'une matrice 22-10-14 à 18:53

Merci, je vais reprendre tout ça et je reviendrai si j'ai d'autres questions.

Posté par
Yggdrasyll
re : Spectre d'une matrice 22-10-14 à 18:56

Re-bonjour
Sinon en regardant la matrice tu vois que 1/4.(v_1+v_2)=v_3 donc v_3 est combinaison linéaire des deux autres vecteurs donc la famille est liée donc A n'est pas inversible donc 0 est valeur propre
de plus on remarque que  v_1+v_2= e_1+e_2 donc 1 une valeur propre de vecteur propre associé \begin{pmatrix}  1  \\ 1 \\ 0 \end{pmatrix}
donc l'espace propre associé à 1 est de dimension 2 car (e_1+e_2 ;e_1+2e_3) forment une base de \R^2
et donc si l'espace associé à 0 est de dimension 1 alors A est diagonalisable.

pour le vérifier il faut calculer le Ker(A) , c'est a dire AX=0 (c'est un systeme à 3 équations)

Posté par
Mermillon
Spectre d'une matrice 22-10-14 à 21:35

Sauf erreur, je trouve comme polynôme caractéristique : -lambda ^3+2lambda^2-lambda ce qui donne comme racines 0 et 1 (racine double).

Posté par
Yggdrasyll
re : Spectre d'une matrice 22-10-14 à 23:16

c'est bon donc maintenant si tu calcules
ker(A- \lambda I) tu va en déduire l'espace propre associé à 1

Posté par
Mermillon
Spectre d'une matrice 26-10-14 à 11:43

Bonjour,

je reprends mon exercice. Pour l'espace propre associé à 1 je trouve le sous-espace réduit au seul vecteur (2 ; 1 ; 2) et pour 0 le vecteur (-1 ; -1 ; 4). J'en conclus que la matrice n'est pas diagonalisable puisque le sous-espace associé à 1 (racine double) est de dimension 1. Les deux vecteurs trouvés ne peuvent former une base de R3.
Pour la dernière question à savoir trouver les matrices M appartenant à M3(R)telles que MA=M que je transforme en M(I-A)=0. J'ai remarqué aussi que A2=A et donc que (I-A)2=I-A. Mais je ne vois pas trop comment m'en sortir. Merci du coup de main.



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