application du théorème des noyaux

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Posted by: pihro

Bonjour,

j'ai un peu de mal à répondre à ce qui suit :

Soit M une matrice 3x3 non nulle telle que M^3 = -M
En appliquant le théorème des noyaux, montrer qu'il existe P tel que

\[<br />
M = P^{ - 1} \left( {\begin{array}{c}<br />
   0 &amp; 0 &amp; 0  \\<br />
   0 &amp; 0 &amp; { - 1}  \\<br />
   0 &amp; 1 &amp; 0  \\<br />
\end{array}} \right)P<br />
\]



Posted by: yos

Si ta matrice est complexe, c'est faux (exemple : matrice diag(i,i,i)). Donc je suppose que M est réelle.
M est annulée par X^3+X qui se factorise en X(X^2+1) et les deux facteurs sont premiers entre eux. Le th des noyaux dit que \mathbb{R}^3 est somme directe des noyaux de M et M^2+I (j'identifie la matrice M et l'endomorphisme m de \mathbb{R}^3 qu'elle représente dans la base canonique). Le déterminant de M est un réel solution de X^3=-X, donc il vaut 0. Ainsi le noyau de M est de dimension au moins 1. Il ne peut pas être de dimension 3 (sinon la matrice serait nulle) ni de dimension 2 (sinon ... je vais y réfléchir).

Ainsi E_2=ker(M^2+I) est de dimension 2. On construit une base de \mathbb{R}^3 dans laquelle M a pour matrice
000
00-1
010
Pour cela on prend un vecteur e_1 non nul du noyau de M (le premier élément de la base), et un vecteur non nul e_2 de E_2 et on pose e_3=Me_1. On vérifie facilement que (e_1,e_2,e_3) est libre (donc une base) et que la matrice de M dans cette base est celle voulue.



Posted by: yos

Je bouche le trou : ker(M^2+I) est stable par M et donc s'il était de dimension 1, ça ferait un espace propre de dimension 1, ce qui est impossible car 0 est la seule valeur propre de M (dans R) et les vecteurs propres associés à 0 sont dans kerM et donc pas dans ker(M^2+I).
J'espère que tu pourras reconstituer la preuve (plus facile qu'elle en a l'air mais assez constructive)



Posted by: pihro

merci beaucoup pour votre réponse

Il reste cependant un point que j'ai mal compris : à quoi sert ici le théorème des noyaux ?



Posted by: Zebulon

Bonjour,
on applique le théorème des noyaux aux polynômes X et X²+1 pour montrer que \mathbb{R^3}=Ker(M)\bigoplus{Ker(M^2+1)} ce qui permet d'obtenir pour base de \mathbb{R^3} une base contituée de vecteurs propres de M dans Ker(M) juxtaposée à une base de vecteurs propres de M dans Ker(M²+1).



Posted by: pihro

merci beaucoup, j'ai compris maintenant l'intérêt du théorème !











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