[PDF] Chapitre IV Bases et dimension d’un espace vectoriel



Previous PDF Next PDF







Chapitre IV Bases et dimension d’un espace vectoriel

Chapitre IV Bases et dimension d’un espace vectoriel Objectif : Nous allons voir comment fabriquer des systèmes de coordonnées pour les vecteurs d’un espace vectoriel général Dans ce chapitre désigne un ????-ev, avec ????= ℝ,ℂ ou un corps commutatif quelconque I – Familles libres, génératrices, bases 1 Définitions



CHAPITRE 2 ESPACES VECTORIELS DE DIMENSION FINIE

(2) dimf0g= 0 car la famille vide est une base de l’espace nul (3) Un espace vectoriel de dimension 1 est appel e une droite vectorielle, et un espace vectoriel de dimension 2 est appel e un plan vectoriel Proposition 1 8 Soient Eet Fdeux K-espaces vectoriels de dimen-sion nie Alors l’espace E F est un K-espace vectoriel de dimension



Dimension d’un espace vectoriel - maths-francefr

1 Définition de la dimension d’un espace vectoriel 1 1 Espaces de dimension finie On va dire plus loin dans le chapitre que la dimension d’un espace vectoriel est le nombre de vecteurs d’une base de cet espace Mais pour énoncer une telle phrase, on doit franchir deux problèmes



Chapitre 24 Espaces vectoriels de dimension finie I Famille de

II Dimension d’un espace vectoriel —Définition d’un espace vectoriel de dimension finie II 1 Existence d’une base —Théorème de la base extraite —Tout espace vectoriel de dimension finie admet une base finie II 2 Dimension —Dans un espace de dimension finie, toutes les bases ont le même nombre d’éléments Défi-



Chapitre 18 Espaces vectoriels de dimension nie

On dit qu’un K-espace vectoriel Eest de dimension nie s’il admet une famille g en eratrice nie Dans le cas contraire, on dit que Eest de dimension in nie Exemples Kn est de dimension nie puisqu’il admet une famille g en eratrice (une base) nie : sa base canonique K n[X] est un K-espace vectoriel de dimension nie M



Chapitre 10 : Géométrie dans l’espace I – Les solides usuels

Chapitre 10 : Géométrie dans l’espace I – Les solides usuels (sera imprimé pour la rentré) la base Rectangle dont une dimension est la hauteur du cylindre



Chapitre 16 Espaces vectoriels de dimension nie

Chapitre 16 Espaces vectoriels de dimension nie Dans tout ce chapitre, Edésigne un K-espace vectoriel, où K désigne R ou C I - Dimension I 1 - Dimension nie Définition 1 (Dimension finie) Eest de dimension nie s'il admet une famille génératrice F = (u 1;:::;u p) contenant un nombre ni d'éléments Sinon, on dit que Eest de dimension



Chapitre 17 Espaces vectoriels de dimension finie-résumé

Chapitre 17 – Espaces vectoriels de dimension finie-résumé Dans tout ce chapitre désigne le corps ou 1 Dimension d’un espace vectoriel 1 1 Définition Def: On dit qu’un -espace vectoriel non nul est de dimension finie lorsqu’il admet une famille génératrice finie Dans le cas contraire, il est de dimension infinie



Chapitre 21 - Polynômes - résumé

Chapitre 21 - Polynômes - résumé Dans ce chapitre, désigne ou 1 L’ensemble [X] 1 1 Définition formelle des polynômes à coefficient dans Définitions: • On appelle polynôme à coefficients dans , toute suite (a k) k de , nulle à partir d’un certain rang • Deux polynômes (a k) k et (b k)

[PDF] Débuter avec Base

[PDF] LES BASES DE L 'OPTIQUE GEOMETRIQUE

[PDF] Formes quadratiques

[PDF] La base Patrimoine du CCFr - BnF

[PDF] bases de remboursement 2016 - Caisse des Français de l 'Etranger

[PDF] Utilisation du logiciel de cartographie BaseCamp de GARMIN

[PDF] bases biologiques du plaisir : le système de récompense

[PDF] Bases de Données : exercices corrigés - LAMSADE

[PDF] Dessin Technique Les bases - INSTIC

[PDF] Cours sur le dessin technique

[PDF] Les bases immunologiques de la vaccination

[PDF] Cours d 'Informatique #8220 Bases de données #8221 - Laboratoire de

[PDF] La libertad de expresión y el derecho a la información en Venezuela

[PDF] Cours de mathématiques

[PDF] Bases énergétiques de l 'activité physique - POPuPS Ulg - Université

1 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Chapitre IV

vectoriel Objectif : Nous allons voir comment fabriquer des systèmes de coordonnées pour les vecteurs

Dans ce chapitre ܧ

I Familles libres, génératrices, bases

1. Définitions

Définition de famille libre, liée, indépendance linéaire - Dans le cas contraire, on dit que la famille est libre.

Définition de famille génératrice

Définition de base

Une famille ࣠ de ܧ est une base de ܧ si et seulement si ࣠ est libre et génératrice de ܧ

2. Bases et coordonnées

Démonstration :

2 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Soit ݒԦܧא

3. Exemples

composantes ݔ௜ de ݒԦ. Attention, cela ne se produit que dans cette base particulière.

Par exemple, deux vecteurs non colinéaires de Թ௡ forment une base du plan engendré par ces

deux vecteurs.

3 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

- Թ૜ défini par une équation vecteurs ne sont pas colinéaires, ils forment une famille libre et génératrice de ܲ

Remarque

vecteurs de manière optimale-à-dire en utilisant le minimum de paramètres. Ici, le et pas 100 ! déterminé par ݊൅ͳ coefficients. - Une famille de 3 vecteurs de Թ૜ (cf. cours)

4. La ndimension finie

Problème : Construire des bases dans le cas des espaces vectoriels de dimension finie. Définition : ܧ est de dimension finie si ܧ génératrice finie.

4 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

5. Propriétés clés

Les propriétés suivantes seront utilisées très souvent dans les preuves et les exercices.

Propriété 1 : Soit ࣠ une famille libre de ܧ. Alors la famille ࣠ᇱൌ࣠׫

et seulement si ݒԦܸב݁ܿ Propriété 2 : Soit ࣠ une famille génératrice de ܧ Alors ࣠ est liée si et seulement si il existe un vecteur ݒԦא

génératrice. Autrement dit, si et seulement si ׌ݒԦא࣠ tel que ݒԦܸא݁ܿ

כSi ߣ non tous nuls. כ Si ߣ ଴ tel que ߣ

5 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

ce qui est en fait un élément de ܸ݁ܿ

6. Deux méthodes de construction de bases

Théorème d

espace vectoriel de dimension finie). Démonstration : Algorithme avec la propriété 2 :

Théorème de la base incomplète

Soit ܧ

famille génératrice de ܧ. Il faut compléter ࣠ en une base de ܧ de la propriété 1 :

՜Si oui, on garde ࣠.

כ On recommence pour tous les autres vecteurs de ܩ

Ce qui veut dire que ࣠௡ est libre et génératrice de ܧ, -à-dire est une base de ܧ

Exemple : Plan vectoriel. Cf. cours.

6 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

II algèbre de cette année !

1. Définitions

Théorème fondamental : dimension et cardinal des bases

Soit ܧ

Alors toutes les bases de ܧ

dimension de ܧ et se note ܧ. On a de plus ܧ

Exemples :

- Les espaces vectoriels de dimension ͳ sont les droites vectorielles. Les espaces vectoriels de dimension ʹ sont les plans vectoriels, etc.

Intuitivement, on peut dire que la dimension ܧ

dont dépend un vecteur de ܧ : ԹଷǡԹସ ou Թଵ଴଴.

Lemme clé

Soit ܧ un espace vectoriel engendré par ݊ vecteurs. Alors toute famille libre de ܧ cardinal inférieur ou égal à ݊.

Lemme clé ֜

Démonstration du lemme : On procède par récurrence sur ݊. va montrer que ݌൐݊ implique que ࣠ est liée.

՜ Si ߣ

7 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

՜ Si ߣ

On regarde le cas ܧ engendré par ݊ vecteurs : ܧൌܸ݁ܿ

On a donc ܧൌܧ

(S) ൝

݊െͳ vecteurs. Comme ܽܿ

(i.e. toute famille libre de E est de cardinal inférieur ou égal à ݊െͳ).

՜ Sinon, il existe au moins un ߣ௜ ߣ

ఒభ. On jecte dans les lignes suivantes du système (S). On trouve que

2. Conséquences importantes

Théorème

Soit ܧ

est une base de ܧ

ii) Toute famille génératrice de ܧ a au moins ܧ éléments. Si une famille génératrice de ܧ

a exactement ܧ ܧ

Corollaire utile

࣠ de ܧ

8 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Problème : montrer que ࣠ est génératrice. Soit ݒԦ un vecteur quelconque de ܧ. La famille ࣠׫ . On a donc, par la propriété clé 1, ݒԦܸא݁ܿ

࣠ est donc génératrice (de tout ݒԦܧא). ࣠ étant génératrice de ܧ ܧ

Démonstration ii) : Soit ࣠ une famille génératrice de ܧ avec ܧ : ࣠ génératrice avec ܧ sinon on peut extraire une sous famille qui est une base de ܧ

Propriété de la croissance de la dimension

Soit ܧ un ev de dim finie et ܨ un sev de ܧ i) ܨ de dimension finie et ܨ൑ܧ ii) Si de plus ܨൌܧ alors ܨൌܧ - Il y a une in : les droites vectorielles. - Il y a une in : les plans vectoriels. - on 3 : Թଷ lui-même.

Démonstration i) :

- Si ܨ automatiquement ݌൑ܧ

݊). Montrons que ܮ est une base de ܨ

Soit ݒԦܨא quelconque. On considère ܮᇱൌ׫ܮ

3. Rang des systèmes de vecteurs

9 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

dimension de ܸ݁ܿ Attention de ne pas confondre le rang et le ! Le cardinal est une notion plus abstraite basée sur la dimension.

Proposition :

Démonstration i) : ܸ݁ܿ

࣠ est donc une base de ܸ݁ܿ Problème : Donner le rang de ࣠ en fonction de ܽ - Si ܽ libre et à 3 éléments. - Si ܽ

10 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

III utilité des notions abstraite

vectoriel, de base et de dimension

1. Le problème

cherche une fonction ݂ aussi simple et régulière que possible dont le graphe passe par ces -à-dire telle que

On cherche une fonction interpolatrice ܲ

possible. Analyse : Le problème est linéaire par rapport à ܲ

Si on a ൝

et ൝ et אߣ

Alors ൝

11 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Synthèse : On pose

On a une solution du problème général en posant interpolateur de Lagrange. On a Théorème 1 : unique polynôme de degré inférieur ou égal à

Soit ܧ

Démonstration du TH1 en utilisant le TH2 :

faut montrer que ܲ ge.

Démonstration du TH2 :

libre.

12 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Soient ߣ଴ǡߣଵǡǥǡߣ௡ିଵ tels que ߣ଴ܲ଴൅ߣଵܲଵ൅ڮ൅ߣ௡ିଵܲ

Alors, ׊ݔאԹǡߣ଴൅ߣଵݔ൅ڮ൅ߣ Ce qui montre que ߣ଴ൌߣଵൌڮൌߣ

On a donc ܧ

On pose ܧൌᇱ. ܧ

Vérifions. On a pour tout ݊א

Un exemple célèbre : ܽൌܾൌͳ֜ Problème : On veut les formules explicites ֜ Idée : On cherche des suites solution sous la forme ݑ௡ൌݎ௡ avec ݎא caractéristique. - Si ߂ - Si ߂ en exo).

13 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Théorème

tout ݊אԳ, on ait ݑ௡ൌߣଵݎଵ௡൅ߣ Conditions nécessaires : ൜ߣଵ൅ߣ

E est n espace vectoriel, il est donc stable par la loi +) avec ݓ଴ൌͲ et ݓଵൌͲ.

La preuve pour le cas ߂

On doit donc avoir ݑ௡ൌߣ

avec ൝

On trouve ݑ௡ൌଵ

(est un entier !)

Pour n assez grand, ݑ௡ ଵ

On peut donner la croissance de la suite de Fibonacci. On a :

՜ ». Elle représentait alors

une " proportion parfaite » (voir Wikipédia pour plus ).

14 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

IV Supplémentaire, somme directe

1. Définitions

ܨ൅ܩ de deux sous espaces vectoriels de ܧ Définitions de somme directe et de supplémentaire

1) On dit que deux sous espaces vectoriels ܨ et ܩ de ܧ

ݒԦൌݔԦ൅ݕԦ avec ݔԦܨאݕԦܩא

2) Dans ce cas, on dit que ܩ est un supplémentaire de ܨ dans ܧ. On le note ܧൌܩْܨ

Premier exemple dans Թ૛:

Proposition : On a ܧൌ֞ܩْܨ൜ܧൌܨ൅ܩ

Démonstration :

(֜) : On suppose ܧൌܧ֜ܩْܨൌܨ൅ܩ. Soit ݒԦܩתܨא

Alors il existe forcément ݔԦܨאǡݕԦܩא décomposition ?

2. Constructions et critères

Théorème

Tout sous espace vectoriel ܧ ܨ

supplémentaire dans ܧ F G

15 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Démonstration :

Remarque importante sur la preuve

Cette démonstration montre comment fabriquer des supplémentaires : en complétant une base de ܧ ܨ. En particulier, tout sev ܨ de Թ௡ possède un supplémentaire ܩ

particulièrement simple : engendrés par certains vecteurs de la base canonique de Թ௡, i.e. du

type ܩൌܸ݁ܿ

Par exemple, tout plan ܲ

à la fois !

Théorème : critère de somme directe

Soit ܧ un espace vectoriel de dimension finie, ܨ et ܩ deux sous espaces vectoriels de ܧ

Lemme : Soient ܨ et ܧ ܩ

F G

16 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Démonstration du : Caractérisation de ܧൌܩْܨ

On a ܧൌܩْܨ

Démonstration du lemme :

- 1er point à faire en exercice.

Exemples :

- Dans Թଷ : une droite ܦ et un plan ܲ sont en somme directe ssi ܦתܲ sont supplémentaires dans Թସ.

3. La formule de Grassmann

Pour conclure, on

17 Cours de M.RUMIN réécrit par J.KULCSAR

Théorème de Grassmann :

Soient ܨ et ܩ deux sous espaces vectoriels de ܧ Illustration : Si ܨ൅ܩ൐ܧ alors ܩתܨ

Exemples :

- Deux plans vectoriels de Թଷ se coupent toujours au moins suivant une droite : facile - Deux sous-espaces de dimension 3 dans Թସ contiennent au moins un plan : moins facile à voir !

Démonstration géométrique :

Soit ܸ un supplémentaire de ܩתܨ dans ܩ

On montre que ܨ൅ܩൌْܸܨ

- Soit ݒԦܸתܨא. Alors ݒԦܩתܨא car ܩؿܸ

On a donc ܨ൅ܩൌْܸܨ

F G O Vquotesdbs_dbs22.pdfusesText_28