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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Une semi-norme chez les matrices

Posté par
Aragogne
15-05-20 à 15:25

Bonjour, j'aurai besoin d'aide pour une question que voici.

\text{Soit N:} \mathcal M_n(\mathbb{R}) \to \mathbb{R}_+ 
 \\ \text{une semi-norme }\text{{\em sous-multiplicative} {\em i.e.}} \text{telle que pour tous} 
 \\ A, B \in \mathcal M_n(\mathbb{R}), 
 \\ N(AB) \le N(A)N(B). 
 \\ \text{Montrer que} \enskip N \enskip \text{est l'application nulle ou que} \enskip N \enskip \text{est une norme.}

J'ai commencé par prendre deux matrices A et B dont l'une serait nulle, par exemple A, et j'obtiens que si N(A)=0, alors pour toute matrice B on aN(AB)=0, en clair je ne suis pas très avancé

Merci à vous.

Posté par
Kernelpanic
re : Une semi-norme chez les matrices 15-05-20 à 15:27

Bonjour Aragogne,

c'est un bon début, tu as tous les éléments pour faire cet exercice ! Si tu as une semi-norme N, alors soit il existe une matrice non nulle A telle que N(A) = 0, soit c'est une norme. La sous-multiplicativité, comme tu as pu déjà le remarquer, permet de traiter un cas très rapidement...

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 13:36

Merci de ta réponse ! Cependant, je ne suis pas plus avancé, j'essaie donc de montrer que N(I_n)=0 puisque pour toute matrice B, N(B)=N(B)N(I_n), cependant il faut faire intervenir cette matrice non nulle qui a une semi-norme nulle et je ne trouve aucun moyen... Quelqu'un aurait une piste ?

Posté par
mokassin
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 13:40

Bonjour,
Posons A une matrice, non nulle de norme nulle.
Si A est inversible, tu as fini.
Vois tu pourquoi?

Si A n'est pas inversible, tu peux te ramener au cas où A est la matrice J_r (qui à r 1 sur la diagonales et des zeros partout) avec r le rang de A

En fait par le meme argument, tu peux voir qu'une matrice qui est nulle partout sauf en r éléments diagonaux où elle a des 1 est de norme nulle.

En faisant des sommes de telles matrices peux tu trouver une matrice inversible de norme nulle?

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 13:55

Bonjour, si A est inversible oui je vois.

Dans le cas où A n'est pas inversible, tu veux supposer que A est de la forme J_r mais je ne comprends pas pourquoi ces matrices auraient une semi-norme nulle et aussi comment faire si A n'est pas de cette forme ?

Désolé mais j'ai l'impression d'être à l'ouest là...

Posté par
mokassin
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 14:03

Si A est de rang r, alors a s'ecrit A=PJ_rQ, avec P et Q inversible, autrement dit J_r=P^{-1}AQ^{-1} et la norme de J_r vaut alors?

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 14:32

Merci je comprends mieux, je n'étais pas au courant de cette égalité.

La semi-norme de J_r vaut alors 0 grâce à la sous-multiplicativité de N.

Si on peut montrer que J_{n-r} a aussi une semi-norme nulle, on pourra conclure mais tu dis que par le même argument on peut montrer que pour n'importe quelle r,  J_r a une semi-norme nulle, là on a réussi parce qu'il y avait A dans l'équation.

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 14:35

Non en fait pour J_{n-r} je me suis fait une mauvaise vision de la chose haha

Posté par
mokassin
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 14:44

Non, j'ai pas dit que pour n'importe quel r on avait J_r de norme nulle.

Ce que j'ai dit c'est que par le meme argument on avait diag(a_1,...,a_n) (la matrice diagonale de coeff diagonnaux a_1,...a_n) avec exactement r a_i égaux à 1 et les autres nuls était aussi de norme nulle.

En particulier les matrices diag(0,1,...,1, 0... 0),...,  diag(0,..., 01,...,1) sont toutes de norme nulle (aver r 1 consécutifs).

Et donc leur somme aussi.

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 16:14

D'accord je vois, n'importe quelle matrice de rang r sera de semi-norme nulle, en particulier celle avec des 1 r fois sur la diagonale et des 0 ailleurs.

Donc ce qu'on voudrait faire c'est prendre des matrices de la forme décrite ci-dessus de telle sorte que leur somme fasse I_n. Cependant, si r ne divise pas n (la dimension) il nous manquera un morceau pour former la matrice I_n non ?

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 16:17

* n^2 oupsi

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 16:18

Oula je mélange tout, donc oui n^2 bien la dimension mais c'est avec n que je voulais dire qu'il y a un problème

Posté par
mokassin
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 16:26

Non, on cherche pas à obtenir I_n, on cherche a obtenir une matrice inversible.

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 16:36

C'est vrai je ne sais pas pourquoi je m'obstinais à vouloir le trouver de suite. En fait on en rajoute jusqu'à ce que tous les coefficients de la diagonale soit non nulle, on obtient une matrice inversible qu'on appelle W, ensuite on applique la sous-multiplicativité àN(WW^{-1}) et c'est gagné non ?

Posté par
mokassin
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 16:45

Ben oui.

Posté par
Aragogne
re : Une semi-norme chez les matrices 16-05-20 à 16:51

D'accord merci beaucoup !



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