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Niveau maths spé
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Trace et déterminant

Posté par
Cumulus
08-11-12 à 12:47

Voilà un exercice qui en soit n'est pas difficile à comprendre mais que je n'arrive pas à rédiger correctement. Il est finalement plus compliqué qu'il en a l'air.

On a une matrice carrée A (n*n)
On considère le polynôme P(t)=det(In+tA)

1) Montrer que P'(0)=Tr(A)

2) Même question avec P(t)=det(B+tA) avec B matrice carrée (n*n)


Je trouve déjà difficile de prouver le 1) proprement.

Si cela peut vous donner des idées, j'ai testé pour n=2

On a alors P(t) = det

ta11+1ta12
ta21ta22+1


P(t) = (ta11+1)(ta22+1)-ta21ta12

P(t) = t²(a11a22-a21a12)+t(a11+a22)+1

Finalement, P'(0) = a11+a22 = Tr(A)

Donc on voit bien que c'est grâce au "+1" qui se trouve sur les coefficients diagonaux mais ce n'est pas évident de mettre ça bien en place donc j'avais pensé à une récurrence mais ce n'est tout de même pas très net...

Merci d'avance à vous.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 14:23

\red Bonjour

C'est dans un cours de calcul différentiel? Si oui, tu commebces par calculer la différentielle du déterminant au point I en utilisant le fait que c'est une application n linéaire, ou en bricolant un peu det(I+H)

Posté par
ThierryPoma
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 14:28

Bonjour,

L'on peut remarquer que \det\,(I_n+t\,A)=\det\,\left(t\,(t^{-1}\,I_n+\,A)\right)=t^n\,\det\,(t^{-1}\,I_n+\,A). Il reste à voir le rapport qui existe entre le dernier terme et un certain polynôme caractéristique.

Avec tout mon respect,

T. Poma

Posté par
Cumulus
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 16:05

Bonjour

Il ne s'agit pas d'un cours de calcul différentiel mais d'algèbre linéaire, de trace/déterminant, et de diagonalisation donc Camélia je ne pense pas qu'il faille partir vers là.
Thierry Poma, je comprends votre égalité mais je ne vois pas où est-ce qu'elle pourrait mener.

Posté par
ThierryPoma
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 16:15

Rebonjour,

Sais-tu ce qu'est le polynôme caractéristique d'une matrice carrée d'ordre n (pour le cas qui nous préoccupe !) ?

Si tel est le cas, tu auras soin de remarquer que :

\det\,(I_n+t\,A)=\cdots=t^n\,\det\,(t^{-1}\,I_n+\,A)=(-1)^n\,t^n\,\det\,\left((-A)-t^{-1}\,I_n\right)=(-1)^n\,t^n\,\chi_{-A}(t^{-1})

\chi_{-A} est le polynôme caractéristique de la matrice -A.

Avec tout mon respect,

T. Poma

Posté par
Camélia Correcteur
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 16:17

Bon, tu n'as pas dit où sont les coefficients. Si c'est complexe, tu peux toujours trianguler A, ça vient tout seul pour une matrice triangulaire.

Posté par
ThierryPoma
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 16:30

Errata : Lire :

\det\,(I_n+t\,A)=\cdots=t^n\,\det\,(t^{-1}\,I_n+\,A)=t^n\,\det\,(t^{-1}\,I_n-(-A))=t^n\,\chi_{-A}(t^{-1})

\chi_{-A} est le polynôme caractéristique de la matrice -A.

La méthode proposée par Camélia est cependant plus simple.

T. P.

Posté par
Cumulus
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:01

Les coefficients sont réels malheureusement, mais je ne sais pas si cela m'empêche de diagonaliser, je vais approfondir.
J'ai creusé la méthode de Thierry et j'obtiens :

det(In+tA) = (-1)n tn X-A(t-1)

               = (-1)n tn [(-1)n(t-1)n + (-1)n-1 Tr(-A) (t-1)n-1 + ... + det(-A)]

Posté par
Cumulus
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:03

En dérivant et en prenant ensuite t=0 on doit retomber sur la trace de A.
Alors je dérive brutalement ou il y a plus subtil ?

Posté par
Cumulus
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:13

Ça marche presque mais je me suis probablement planté dans mon calcul de dérivée, je trouve :

P'(t) = (-1)n n tn-1 * [ce que j'avais mis entre crochets plus haut] + (-1)n tn * [la dérivée du crochet, degré n-1 donc]

Ainsi, j'obtiens :

P'(t) = (-1)2n-1 n Tr(-A) + des termes en tn au minimum

P'(0) = -n Tr(-A) = n Tr(A)

Posté par
Cumulus
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:15

Or je n'étais pas sensé obtenir P'(0)=n Tr(A) mais P'(0)=Tr(A)

Posté par
ThierryPoma
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:15

Tu utiliseras ma rectif du 08-11-12 à 16:30.

Sinon, en fonction de ton message du 08-11-12 à 17:01 (je n'ai pas vérifié !), tu développes le tout, tu utilises le fait que \mathrm{tr}\,(a\,A)=a\,\mathrm{tr}\,(A) et tu dérives. Finalement, tu devrais obtenir le résultat voulu.

Que donnerait la méthode de Camélia que tu pourra expérimenter dans ta deuxième question ?

T. P.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:21

Non, non, pour la deuxième question, on commence par supposer B inversible et on se sert de 1) puis du fait que les inversibles sont denses dans M_n(\R)

Pour la première question on peut toujours trianguler dans \C.

Mais le polynôme caractéristique devrait marcher

Posté par
ThierryPoma
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:23

Camélia,

J'y avais pensé, mais si B n'est pas inversible ?

Avec mon profond respect,

T. Poma

Posté par
Camélia Correcteur
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 17:26

Citation :
les inversibles sont denses dans M_n(\R)

Posté par
Cumulus
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 18:05

OK super c'est bon pour la question 1) j'ai refait le calcul et ça fonctionne
Je verrai pour la question 2), merci pour vos indications !

Merci Camélia et Thierry pour l'intérêt porté à mon égard ! Bonne continuation !

Posté par
kybjm
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 19:14

Voilà ce que je propose :
Soient K un corpscommutatif , n * ,  A Mn(K) et P = det(I + X.A) .
Pour U   Mn(K) je note U(p,q) l'émément de U situé au croisement de la pième ligne et la qième colonne .

On a : P = sSn (s)Bs où Bs =  p=1n (I(p,s(p)) + X.A(p,s(p)))
Si s est distincte de la permutation identique e de {1,...,n} , Bs est divisible par X² donc Bs'(0) = 0 et P '(0) =  Be'(0).
Mais Be = p=1n (1 + X.A(p,p)) et donc Be'/Be = q=1n A(p,p)  .

Comme Be(0) = 1 on a P '(0) = Be'(0) = Tr(A) .

Posté par
kybjm
re : Trace et déterminant 08-11-12 à 20:10

Une correction : C'est Be'/Be = p A(p,p)/(1 + XA(p,p)) que je voulais écrire.



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