Ensembles de matrices et théories des groupes

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ArtyB
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Ensembles de matrices et théories des groupes

par ArtyB » 05 Nov 2015, 17:39

Un exercice d'arithmétique où je dois appliquer la théorie des groupes à des matrices

Soit l'ensemble des matrices carrées d'ordre 2 à coefficients dans Z dont le déterminant vaut 1.

a) Soit appartenant à . Quelle est l'inverse de M ?

b) Montrer que est un groupe pour la multiplication des matrices. Quel est l’élément neutre de ?

c) Soit Déterminer l’ordre de N dans

d) est-il un groupe commutatif ?

e). Soit G l’ensemble des matrices caréées d’ordre 2 à coefficients dans Z dont le déterminant est
non nul :

Montrer que G n’est pas un groupe pour la multiplication des matrices.
--------------------
a) Soit appartenant à . Quelle est l'inverse de M ?
Comme le déterminant est égal à 1, on a:


b) Montrer que est un groupe pour la multiplication des matrices. Quel est l’élément neutre de ?
Je n'ai aucune idée de comment faire ça, j'ai beau revoir mon cours je suis un peu perdu ici. Quelles sont les étapes pour arriver à démontrer cela ?



Monsieur23
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par Monsieur23 » 05 Nov 2015, 17:44

Aloha,

Tu t'es trompé dans l'inverse (tu as inversé z et y).

Pour montrer que c'est un groupe, tu montres tous les axiomes de groupe :
— associativité : il faut que tu montres A(BC) = (AB)C (ça provient directement de l'associativité du produit matriciel)
— élément neutre : A priori, ça va être l'identité, pas le choix
— inverse : tu l'as fait à la question précédente.
« Je ne suis pas un numéro, je suis un homme libre ! »

ArtyB
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par ArtyB » 05 Nov 2015, 18:44

Ah oui effectivement, au temps pour moi, merci !

J'avais écris ça sur ma feuille mais je ne savais pas si cela suffisait ou pas, merci beaucoup.

c) Je ne comprends pas bien, qu'est-ce que l'ordre d'une matrice dans un groupe de matrices ?

d) Il suffit de prendre la matrice A de avec A telle que:

On remarque que AN et NA sont différents donc n'est pas commutatif.

e) Comment montrer cela ? Qu'est-ce qu'un groupe pour la multiplication des matrices ?

MouLou
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par MouLou » 05 Nov 2015, 21:27

Salut, je suis pas d'accord avec l'indication donnée, en effet, avec ces conditions la j'arriverai à montrer que {-1,0,1} est un groupe pour +...

Soit tu montres que t'as un groupe, et tu vérifies tous les axiomes (ici le fait que la loi est interne manque).

Soit tu montres que t'as un sous groupe d'un groupe, à ce moment la tu as juste à véirifer que ton ensemble est non vide, stable par composition et par passage à l'inverse.

c) l'ordre d'un élément g d'un groupe G est le plus petit entier n positif tel que tu aies . Je te laisse faire l'exo avec cette définition.

e) l'inverse de dans est il dans ? Conclusion?

ArtyB
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par ArtyB » 05 Nov 2015, 22:12

@MouLou Merci pour ta réponse.

b) La loi internet est l'opération binaire qui laisse le groupe stable, donc ici c'est la multiplication car pour toutes matrice X et Y de , on a det(X)=det(Y)=det(X*Y)=det(Y*X)=1.
Car det(X*Y)=det(X)*det(Y)
Est-ce bien cela ?

c) Qu'est-ce que le membre de droite ?

d) Ai-je suivi le bon raisonnement ?

e) La réponse à ta question est non il n'y ait pas, mais qu'est-ce que cela a à voir ? J'ai essayé de chercher des exemples de "groupe pour la multiplication des matrices" mais je n'ai rien trouvé. Qu'est-ce que cela signifie exactement ?

MouLou
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par MouLou » 05 Nov 2015, 22:21

Salut.

b) oui, + vérifier qu'il est stable par passage à l'inverse.

c)c'est simplement l'élément neutre du groupe G

d) oui.

e) Bah ca te montre simplement que l'ensemble des matrices de de déterminant non nul n'est pas stable par passage à l'inverse, donc il ne peut pas etre un groupe.

Un groupe pour la multiplication des matrices est simplement une partie de , qui, munie de la loi qu'est la multiplication des matrices, est un groupe.
Par exemple ou encore ou encore ou encore ou encore etc

ArtyB
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par ArtyB » 05 Nov 2015, 22:44

Merci beaucoup pour ta réponse MouLou !

c) On a N^4 égal à la matrice identité (l'élément neutre) donc l'ordre de N est 4, est-ce bien cela ?

e) Merci beaucoup, ça prend beaucoup plus de sens pour moi, juste une question quel rapport entre le passage stable à l'inverse et le fait que l'inverse de 3*matrice identité soit dans GL(R) et pas dans GL(Z) ?

MouLou
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par MouLou » 05 Nov 2015, 23:06

Pour l'ordre, si tu as vérifié que N^{2} et N^{3} ne fait pas l'identité alors oui tu peux dire qu'ellle est d'ordre 4.

Pour le truc c'est un peu subtil faut prendre le temps d'y réfléchir. Ta matrice est bien dans . Et son déterminant est non nul, donc en tant que matrice de , elle est inversible. (En fait on utilise un bazooka pour tuer un moustique, on voit tout de suite qu'elle est inversible d'inverse ).

Et justement son inverse: ) n'est pas dans .

Reviens à ton ensemble G qui est l'ensemble des matrices de de determinant non nul.

Cette matrice montre bien que G n'est pas stable par passage à l'inverse. (Evidément pour pouvoir parler d'inverse pour la multiplication, il faut bien sur faire remarquer que G est une partie de qui est un groupe, et tu prends son inverse dans cette ensemble.) Donc G ne peut pas etre un groupe pour la multiplication des matrices).

Fait le parralèle avec et : 2 est inversible dans mais son inverse 1/2 n'est pas dans etc.

ArtyB
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par ArtyB » 07 Nov 2015, 01:31

Je comprends l'exemple pour 2, mais j'ai du mal pour la matrice.

-On veut trouver une matrice qui est dans G mais dont l'inverse n'est pas dans G pour prouver que ce n'est pas un groupe pour la multiplication des matrices c'est ça ?

-Dans ce cas là: est dans G mais n'y est pas donc G n'est pas stable par passage à l'inverse et donc G n'est pas un groupe pour la multiplication des matrices. C'est bien ça ?

MouLou
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par MouLou » 07 Nov 2015, 01:35

Exact. Je ne peux que t'encourager à étudier attentivement la définition d'un groupe avec les hypothèses sur la loi interne, et en passant, celle d'un sous-groupe.

 

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