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(a) Trouver les matrices qui commutent avec une matrice car- rée diagonale à Soit D une matrice diagonale de Mn(K) à coefficients diagonaux distincts (on les  

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Justifier sans calcul que deux solutions X et X commutent d Déterminer le Réciproquement, une matrice diagonale commute avec toute matrice diagonale

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Calculer (A − I3)3 Est-il vrai que K[A] = C(A)? Partie III : Commutant de certaine matrice diagonale Soit D ∈ Mn 

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(e) Déterminer le commutant de la matrice T ainsi que sa dimension (f) i (a) Donner, en expliquant avec soin, le polynôme minimal de u, noté mu Donner un exemple d'endomorphisme diagonalisable tel que dim C(u) = n, puis donner un 

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b Soit B une matrice de M3(c) qui commute avec la ma- trice A, montrer que la matrice B est diagonalisable c Montrer qu'il existe un polynôme T de c[X] vérifiant

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3 mai 2014 · 32 - Centrale PSI 2013 (réciproque de u diagonalisable =⇒ un revient à chercher la dimension de l'ev des matrices commutant avec D On 

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(d) Si v est dans C(u), v commute encore avec u − Id et (u − 2Id)2 et donc laisse stable E1 et E2 Dans B, la matrice de v est bien diagonale par blocs De plus, 

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N est niloptente d'indice 3 et elle commute avec la matrice I3 On peut donc que T commute avec sa transposée, ei et seulement si elle est diagonale Correction :Par triangulaire supérieure commutant avec sa transposée Nous avons

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Commutantd'unematriceoud'un endomorphisme

Larech ercheducommutantd'u nematr iceoud'unendomorphismees tun problèmeimportant, parfoissous-jacentàcertains énoncés:parexemple, sion donneunematr icec arré eA,sioncherchelesmatricesXtellesque X 2 nécessairementavecA.

1.Casdesend omorphismesdia gonalisables

SoitEunespace vecto rieldedimensionn,funendo mor-

phismedeE.LecommutantdefestC f ,ensembledesendo- morphismesdeEquicom mutentavecf.C'estunsous-espace vectorieldeL(E). (a)Trouverlesmatricesq uicommut entavecunematricecar- réedia gonaleàcoe ffi cientsdistincts.

SoitDunema tricediagonale deM

n (K)àcoefficientsdiagonaux distincts(on lesnoterad i plutôtqued i,i ).So itA?M n (K).Alors

AD=DA??(i,j)?{1,...,n}

2 (AD) i,j =(DA) i,j ??(i,j)?{1,...,n} 2 a i,j d j =d i a i,j Onobt ientdoncassezfacilement(end istinguantci -dessus lescas i=jeti?=j):

AD=DA?(Adiagonale)

(b)Sifestdiagonalis able,déterminerladimensiondeC f enfonction desdimensionsdes sous-es pacespropresde 10 f(onpou rraremarquerqu'u nendomorphismequicom- muteavecflaissestableslessou s-espacespropresde f, etéven tuellementposerleproblèmematriciellement).

Soitfdiagonalisable,λ

1 p sesv aleurspropres(distinctes); pourchaquei,onnoteE i lesous-espa cepropreE i =Ker(f-λ i Id), etn i ladimensio ndeE i (quiesta ussilam ultiplicitédeλ i ,fétant diagonalisable). Sig?C f ,gcommuteavecf,doncavecf-λ i

Id,doncglaisse

stableE i (cours). Maislaréci proque estvraie:supposonsqueglaissestablec haque E i ;six?E k ,(f◦g)(x)=f g(x) k g(x)(carg(x)?E k );et (g◦f)(x)=g(λ k x)=λ k E k ,or p k=1 E k =E(carfestdiagonalisable),donc f◦g=g◦f.

Onam ontr é:

Sifestdiagonalisa ble,lesendomorphismesquicommutent avecfsontlesendom orphismesquil aissentstablesles sous-espacespropresdef Maintenant,ilresteàutilisercec ipourc alculerladimen sio nde C f Unepremièreméth ode(matricielle) :SoitBunebase adap- téeàla décompo sition E=E 1 ?E 2 ?...?E p (lesn 1 premiers vecteursdeBsontunebasede E 1 ,lesn 2 suivantsunebasedeE 2 etc...).Onvientdev oirque gétaitdansC f sietseulemen tsig laissaitstablestousles E k ,doncsietseulementsilamatricedeg 11 danslabaseBétaitdiagonalepar blocs delaforme : A 1 A 2 A p oùch aqueA k estcarrée d'ordren k .Orl'espaceFdesma tricesde cetteforme estdedimension n 2 1 +...+n 2 p [onpeutendo nnerunebase,o udireq uel'application quià (A 1 ,...,A p )associelamatr iceconstru iteci-dessusestunisomor- phismede M n 1 (K)×...×M np (K)dansF,orladimensionde M n 1 (K)×...×M np (K)est p k=1 n 2 k

Commel'applic ationg?→M

B (g)estun isomorphismede L(E) dansM n (K)(etdonc préserveladimension), onconclut: dim(C f p k=1 n 2 k Unedeux ièmeméthode:SoitGleso us-espacedeL(E)consti- tuédesendo morphismesqui laissentstableslesE k ;l'application deGdansL(E 1 )×...×L(E p )quià g?Gassocie(g 1 ,...,g p ),oùg k désignel'endomorphismeindu itpargsurE k ,estunisomorphisme (lalin éaritéestsimple,ilsu ffi tdel'écrire. Labije ctivitéestun co- rollairedurésultatsur"la définition d'uneapplicationlinéa ire parsesrestrictions auxfa cteursd'unesommedirectesu pplémen- taire»).Ordim L(E 1 )×...×L(E p p k=1 dim(L(E k p k=1 n 2 k cequi donnelaconclusion. 12 (c)Sifadmetnvaleurspropresdist inctes,démontrerque C f =K[f].

Unp olynômedefcommuteave cf.DoncK[f]?C

f .Mai sle nepeut êtrededegré>n).Donc dim(K[f])=n.Or,parce quiprécède, sifestdiago nalisableàvaleurspropresdistinctes, dim(C f )=n.Ceq uic onclut

2.Casgénéral

On"r appel le»(ouplutôtonadmet)que ,siFestunespace endomorphismesdeFder angsupérieuro uégalàpestun ouvertdeL(F). (a)SoitEunespace vecto rieldedimensionn,funendom or- phismedeE.OnnoteΦ f l'élémentsuiva ntdeL L(E) f :g?→g◦f-f◦g

Démontrerquel' applicationf?→Φ

f estcontinue. Elleestlin éaire,etL(E)estdedimension finiecarEl'est. (b)SoitEunespacev ector ieldedimensionn,funendom or- phismedeE.Exprimerdim(C f )enfonction derg(Φ f

CommeC

f =Ker( f ),onpeutappliquerlethéorèmedurang pourobten ir dim(C f )=n 2 -rg(Φ f 13 (c)SoitEunespacev ector ieldedimensionn,funendom or- phismedeE.Déduiredu1.que,sifestdiagonalisa ble, dim(C f )≥n.

Aveclesnot ationsde1.,

dim(C f p k=1 n 2 k p k=1 n k =n(cetted ernièreégalitéétantassu- réepa rlefaitquefestdiagonalisable). (d)SoitEunC-esp acevectorielde dimensionn,funen- dim(C f )≥n dim(C f )≥nestéquivalen tàrg(Φ f 2 -n;mais {f?L(E);rg(Φ f 2 -n} estl' imageréciproqueparΦ f ,continue,del'ensembledesendo- morphismesdeL(E)(i.e.l'ensemble desélémentsde L(L(E)))de ranginférieurou égal àn 2 -n,fermécommecomplémentairede ceuxderang supérieurou égalàn 2 -n+1.C'e stdoncunferm é.Il contientlesendomorphismesdiagonalisables,quison tdensesdans L(E)(autreexerciceclassique), doncc'est L(E)toutentier. 14quotesdbs_dbs47.pdfusesText_47