[PDF] Chapitre 2 Formes bilin´eaires sym´etriques, formes - CAS

Chapitre 5 Formes quadratiques et matrices sym´etriques

Chapitre 5 Matrices sym´etriques et formes quadratiques 71 “en coordonn´ees rectangulaires”, f(X,Y)= " ix iy i,etlanormecarr´eeQ(X)= i x 2 Un espace vectoriel dot´e d’une forme bilin´eaire d´efinie positive est appel´e espace euclidien

Généralités sur les matrices - HEC Montréal

3 Forme échelonnée d’une matrice Une matrice A :a g h est dite « échelonnée » si le nombre de « 0 » précédent le premier élément non nul d’une ligne augmente de ligne en ligne Elle est appelée « matrice échelonnée réduite » si en plus, le premier élément non nul

131: formes quadratiques; orthogonalité, isotropie Applications

1 2 matrice d'une forme quadratique,rang Dé nition 2 On appelle matrice d'une forme quadratique Qla matrice de la forme bilinéaire associée , ie (’(e i;e j) où B= (e i) est une ase b Le angr de Qest alors le angr de la matrice Exemple 2 La matrice de la forme quadratique denteprécé est I n Proposition 3 Changement de ases:b Si P= M

C H A P I T R E 2 F O R M E S Q U A D R A T I Q U E S

2 Représentation d’une forme quadratique dans une base E dim finie, muni d’une ase DEFINITION 14 : REPRESENTATION MATRICIELLE On appelle matrice associée à q dans B la matrice de sa forme polaire PROPOSITION 15 : Soit q forme quadratique représentée par A dans

Algèbre linéaire et bilinéaire I

L’image d’une matrice est égale à l’espace vectoriel engendré par ses colonnes Le rang est égal à la dimension de cet espace Le noyau et l’image d’une matrice sont des espaces vectoriels Le rang d’une matrice est un entier qui est nul si et seulement si tous les coefficients de la matrice sont nuls

ISOMÉTRIES VECTORIELLES ET MATRICES ORTHOGONALES

Définition-théorème (Isométrie/matrice orthogonale positive/négative) (i) Le déterminant d’une matrice orthogonale vaut 1 ou −1 On dit qu’une matrice orthogonale est positive si son déterminant vaut 1 et qu’elle est négative s’il vaut −1 (ii) Le déterminant d’une isométrie vectorielle vaut 1 ou −1

Chapitre 2 Formes bilin´eaires sym´etriques, formes - CAS

Une forme quadratique q est dite non d´eg´en´er´ee quand sa forme polaire l’est On d´efinit le noyau et le rang d’une forme quadratique comme ceux de sa forme polaire De mˆeme, l’orthogonal d’un sous-espace pour une forme quadratique est son orthogonal pour la forme polaire

Formes quadratiques r eelles Exemples et applications

Décomposition de Dunford et réduction de Jordan

certaines d’entre elles, en une forme la plus simple possible Nous verrons trois décompositions • La trigonalisation : transformer une matrice en une matrice triangulaire • La décomposition de Dunford : écrire une matrice comme la somme d’une matrice diagonali-sable et d’une matrice nilpotente

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Chapitre 2

Formes bilin´eaires sym´etriques,

formes quadratiques

2.1 Formes bilin´eaires sym´etriques

Dans ce qui suit,Eest un espace vectoriel sur un corpsK.

2.1.1 D´efinition

D´efinition 2.1

Une application

b:E×E-→K est appel´ee uneforme bilin´eairequand ?x1,x2,y?E?λ?Kb(x1+λx2,y) =b(x1,y) +λb(x2,y) ?x,y1,y2?E?λ?Kb(x,y1+λy2) =b(x,y1) +λb(x,y2) (bilin´earit´e = lin´earit´e `a gauche + lin´earit´e `a droite).

On dit quebestsym´etriquequand

?x,y?E b(x,y) =b(y,x). Remarquer que la sym´etrie permet de ne v´erifier la lin´earit´e que d"un seul cˆot´e.

Exemples:

1. E=K. La multiplication (x,y)?→xyest une forme bilin´eaire sym´etrique surK×K. 5

6CHAPITRE 2. FORMES QUADRATIQUES

2.

E=R2. Le produit scalaire usuel

µµx1

x 2 ,µy1 y

2

?→x1y1+x2y2 est une forme bilin´eaire sym´etrique surR2×R2. 3.

E=C([-1,1],R). L"application

C

0([-1,1],R)× C0([-1,1],R)-→R

(f,g)?-→Z 1 -1f(t)g(t)dt est une forme bilin´eaire sym´etrique. 4.

E=Mn(K). L"application

M n(K)×Mn(K)-→K (A,B)?-→trace(AB) est une forme bilin´eaire sym´etrique (v´erifier la sym´etrie).

2.1.2 Matrice d"une forme bilin´eaire sym´etrique

On suppose

Ede dimension finien. SoitE= (e1,...,en) une base deE. Soitbune forme bilin´eaire sym´etrique surE×E.

D´efinition 2.2

La matriceME(b)debdans la baseEest la matrice sym´etrique n×nqui a pour coefficientsb(ei,ej)(i num´ero de ligne entre 1 etn,jnum´ero de colonne entre 1 etn). Sixetysont des ´el´ements deEdont les vecteurs colonnes de coordonn´ees dans la baseEsontXetYrespectivement, on a b(x,y) =tX ME(b)Y . Dans l"autre sens, siMest une matrice sym´etrique dansMn(K), alors (x,y)?→tX M Y(o`uXetYsont les vecteurs colonnes des coordonn´ees de xetydans la baseE) est bien une forme bilin´eaire sym´etrique.

Exemple:µ3 1

1-2

est la matrice (dans la base canonique) de la forme bilin´eaire sym´etrique

µµx1

x 2 ,µy1 y

2

?-→3x1y1-2x2y2+x1y2+x2y1. SoitE?une autre base deEetPla matrice de changement de base deE `aE?.

2.1. FORMES BILIN

´EAIRES SYM´ETRIQUES7

Rappel : Changement de base.

D´efinition 2.3

La matrice de changement de base deE`aE?= (e?1,...,e?n)est la matrice inversibleP dont laj-`eme colonne est form´ee des coordonn´ees dee?jdans la baseE.

Proposition 2.4

Soitxun ´el´ement deE,X(respX?) le vecteur colonne de ses coodonn´ees dansE (resp.E?). AlorsX=P X?. Soituun endomorphisme deE,M(resp.M?) sa matrice dans la baseE (resp.E?). AlorsM?=P-1AP. Proposition 2.5 (Changement de base pour les f.b.s.)

La matrice de

la forme bilin´eaire sym´etrique dans la nouvelle baseE?est M

E?(b) =tP ME(b)P .

2.1.3 Forme bilin´eaire et dualit´e

Soitb:E×E→Kune forme bilin´eaire sym´etrique. Pour toutx?E, l"application b(·,x) :E-→K y?-→b(y,x) est une forme lin´eaire surK, c"est `a dire un ´el´ement du dualE?.

Proposition 2.6

L"application

b:E-→E? x?-→b(·,x) est lin´eaire. On appelle?bl"application lin´eaire deEdans son dualquotesdbs_dbs2.pdfusesText_2