Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vecteurs

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luluv
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Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vecteurs

par luluv » 25 Aoû 2017, 18:46

Bonjour/soir !
D'abord petite précision sur le titre, c'est un des vecteurs d'une famille qu'on ne connait pas explicitement, enfin vous poster le sujet sera je pense plus utile que cette phrase ;) Voici :

Bon, je suis complètement largué rien que par la première, j'ai bien tenté des trucs à base de calcul d'image par d'une combinaison linéaire des 2 vecteur, mais ça ne me mène à rien... Enfin si, j'ai réussi à démontrer que la famille était libre en me trompant dans la combinaison linéaire, j'ai écrit au lieu de mettre un +, là ça marchait...
Du coup je me demandais si une âme charitable pouvait m'apporter son aide sur cette question ? Et tant qu'à faire, si vous avez une indication pour les autres questions, car je sais même pas par quel bout commencer. ^^
Merci d'avance :) ;)



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zygomatique
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par zygomatique » 25 Aoû 2017, 19:17

salut

dire que la famille (a, u(a)) est libre signifie que xa + yu(a) = 0 => x = y = 0

on suppose évidemment que a et u(a) ne sont pas nuls (montrer que a <> 0 => u(a) <> 0)


a et u(a) sont liés (et non nuls)

ce qui est évidement faux puisque k n'est pas nul

donc la famille (a, u(a)) est libre ....

la suite est du même accabit ...
Modifié en dernier par zygomatique le 26 Aoû 2017, 13:20, modifié 1 fois.
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. EUCLIDE

luluv
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par luluv » 25 Aoû 2017, 20:40

Bonjour, je ne comprend ta démarche, mais je ne vois pas comment tu peux affirmer que , n'est-t'il pas possible que ?? Je ne dis pas que c'est faux, je demande juste une justification au cas où on me le demanderait en colle. ;)
Bon, je m'en sert pour la 2...

Ensuite pour la matrice, je me suis servi de ma même méthode (avec des à la place des ) pour exprimer les vecteurs de la base canonique en fonction de , mais je ne vois pas le lien avec les vecteurs de la base , mes images sont : ...

Je n'ai pas encore toucher à la question 3...

infernaleur
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par infernaleur » 25 Aoû 2017, 21:14

Salut,
zygomatique a proposé un raisonnement par l'absurde, il a supposé (et non affirmer) que a et u(a) sont liés et il a montré que l'on aboutissait a une contradiction, donc son hypothèse de départ est fausse.
Il a donc montré que a et u(a) ne sont pas liés c'est donc une famille libre

Pseuda
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Pseuda » 25 Aoû 2017, 22:02

luluv a écrit:Bonjour, je ne comprend ta démarche, mais je ne vois pas comment tu peux affirmer que , n'est-t'il pas possible que ?? Je ne dis pas que c'est faux, je demande juste une justification au cas où on me le demanderait en colle. ;)
Bon, je m'en sert pour la 2...

Ensuite pour la matrice, je me suis servi de ma même méthode (avec des à la place des ) pour exprimer les vecteurs de la base canonique en fonction de , mais je ne vois pas le lien avec les vecteurs de la base , mes images sont : ...

Je n'ai pas encore toucher à la question 3...

Bonsoir,

?? Euh non, u(a) et a sont des vecteurs, qu'on peut difficilement ajouter à un réel.

Ensuite, ta démo pour montrer que (a, u(a), b, u(b)) est libre ne tient pas la route : si on te suit, dès que 3 vecteurs sont libres, ces 3 vecteurs et un 4ème le sont automatiquement. Il faut utiliser la définition de u.

Une autre démonstration de (a, u(a)) libre. Si xa+yu(a)=0, alors u(xa+yu(a))=0, donc xu(a)+yu²(a)=xu(a)-yk²a=0. Le déterminant du système est donc : x²+k²y², qui ne peut être égal à 0 que si x=y=0 (car k<>0).

Enfin, exprimer u dans la base (a, u(a), b, u(b)), c'est juste trouver l'image par u de chacun des vecteurs de la base. C'est très simple, sans aucun calcul.

Razes
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Razes » 25 Aoû 2017, 22:24

Bonjour,

, Soient: ,

donc:

, Donc et sont libres.
Modifié en dernier par Razes le 26 Aoû 2017, 15:30, modifié 1 fois.

luluv
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par luluv » 25 Aoû 2017, 23:59

Ah oui, j'ai effectivement dit beaucoup de bêtises :'D
mais @Pseuda comment utilises-tu la définition de u alors qu'ici on a 4 termes ? et aussi, qu'appelles-tu "déterminant du système" ? J'ai pensé qu'il s'agissait du déterminant de la matrice associée au système 2-2 que tu proposes, mais dans ce système x et y sont les inconnues, donc le déterminant n'est pas x²+k²y² (d'ailleurs je ne vois pas comment tu l'as obtenu ? tu as multiplié entre eux les éléments d'une même colonne) mais système de Cramer d'où l'unique solution est le vecteur nul.
Mais à vrai dire, si je fait pareil pour la famille de 4 vecteurs, je trouve un déterminant nul... ce qui est censé être faux, vu la question...
@Razes je trouve ta méthode élégante :) elle se rapproche de ce qu'a fait @zygomatique, sans le résonnement par l'absurde que m'a fait remarquer @infernaleur... décidément, je fait beaucoup d'erreurs aujourd'hui... On va peut-être s'arrêter là et reprendre demain ^^

Pseuda
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Pseuda » 26 Aoû 2017, 10:08

luluv a écrit: @Pseuda comment utilises-tu la définition de u alors qu'ici on a 4 termes ? et aussi, qu'appelles-tu "déterminant du système" ? J'ai pensé qu'il s'agissait du déterminant de la matrice associée au système 2-2 que tu proposes, mais dans ce système x et y sont les inconnues, donc le déterminant n'est pas x²+k²y² (d'ailleurs je ne vois pas comment tu l'as obtenu ? tu as multiplié entre eux les éléments d'une même colonne) mais système de Cramer d'où l'unique solution est le vecteur nul.
Mais à vrai dire, si je fait pareil pour la famille de 4 vecteurs, je trouve un déterminant nul... ce qui est censé être faux, vu la question...

Bonjour,

Il s'agit du déterminant d'un système de 2 équations à 2 inconnues et , qu'on résout par combinaison linéaire des équations pour éliminer :
.

Sinon, pour montrer que forme une famille libre, comme la famille est libre, tu peux utiliser la méthode de zygomatique : Supposer que , soit , et montrer en utilisant , que l'on aboutit à une contradiction.

luluv
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par luluv » 26 Aoû 2017, 12:32

@Pseuda, j'avais compris que tu voulais faire passer une combinaison linéaire de dans , mais comment penses-tu arriver à une contradiction avec 4 termes ? voilà ce que j'ai personnellement :

comment peux-ton affirmer qu'il n'y ait pas de solution ?? le coup de ne sera pas ici suffisant, n'est-ce pas ??
De plus hier je ne délirais pas par rapport au déterminant nul pour cette question : si on écrit , et que l'on fait passer cette égalité dans 3 fois, on obtient un système de 4 équations à 4 inconnues dont le discriminant est nul ! donc le vecteur nul n'est pas l'unique solution, donc il existe une combinaison linéaire nulle de ces 4 vecteurs dont les coefficients sont non nul ! Je n'y croyais pas quand je l'ai fait sur papier, du coup j'ai demandé le déterminant de la matrice associée à 3 calculatrices différentes car je refusait de croire les 2 premières, à Xcas et à Maple au cas où, le déterminant est bien nul... Donc je pense qu'il y a une erreur dans l'énoncé...Quel est votre avis ?

Pseuda
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Pseuda » 26 Aoû 2017, 13:06

luluv a écrit:@Pseuda, j'avais compris que tu voulais faire passer une combinaison linéaire de dans , mais comment penses-tu arriver à une contradiction avec 4 termes ? voilà ce que j'ai personnellement :

comment peux-ton affirmer qu'il n'y ait pas de solution ?? le coup de ne sera pas ici suffisant, n'est-ce pas ??

La famille est libre, donc une combinaison linéaire nulle de ces vecteurs donne des coefficients nuls. Est-ce que le coefficient de peut être nul ?

luluv a écrit:De plus hier je ne délirais pas par rapport au déterminant nul pour cette question : si on écrit , et que l'on fait passer cette égalité dans 3 fois, on obtient un système de 4 équations à 4 inconnues dont le discriminant est nul ! donc le vecteur nul n'est pas l'unique solution, donc il existe une combinaison linéaire nulle de ces 4 vecteurs dont les coefficients sont non nul ! Je n'y croyais pas quand je l'ai fait sur papier, du coup j'ai demandé le déterminant de la matrice associée à 3 calculatrices différentes car je refusait de croire les 2 premières, à Xcas et à Maple au cas où, le déterminant est bien nul... Donc je pense qu'il y a une erreur dans l'énoncé...Quel est votre avis ?

Je ne comprends pas. Tu veux parler du discriminant (du polynôme ?) ou du déterminant ? Par rapport à quelle base ? Le déterminant d'une famille de vecteurs n'a de sens que par rapport à une base. Tu ne peux pas le calculer par rapport à la base qui nous intéresse car on n'a pas encore démontré que c'était une base, et à coup sûr le déterminant d'une base par rapport à la même base est 1.

Si tu veux parler de la matrice de dans la base , son déterminant est non nul ().

Par ailleurs, si on fait passer dans 2 fois, la 2ème fois tous les vecteurs ont été multipliés par , donc on se retrouve au point de départ.

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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Razes » 26 Aoû 2017, 13:25

Bonjour,

Soient :

Appliquons à cette équation; Nous obtenons :

Nous avons donc :
.
L'écriture de en fonction de est unique, donc les coefficients des deux équations sont liés à un facteur multiplicatif près.
Donc:

et


Donc la famille est une famille libre de rang 4. . Donc, c'est une base.

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zygomatique
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par zygomatique » 26 Aoû 2017, 13:32

pour tout vecteur non nul a la famille (a, u(a)) est libre et u laisse stable le plan vectoriel <a, u(a))

si b n’appartient pas à <a, u(a)) alors u(b) n'appartient pas à <a, u(a))

car xa + yu(a) + zu(b) = 0 => k^2zb = xu(a) - k^2ya

la famille (a, u(a), b, u(b)) est donc libre et une base de R^4

on peut remarquer que la relation vérifiée par u implique que u est bijective ...
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. EUCLIDE

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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Razes » 26 Aoû 2017, 15:28

Nous avons:

Avec: ;

Les colonnes de notre matrice sont composés de

Donc la matrice de dans la base est donc:

luluv
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par luluv » 26 Aoû 2017, 18:37

@Pseuda je voulais dire determinant du système associé, pas de la famille, et après relecture de mon brouillon, je me suis trompé en utilisant la deuxième fois -,-
Je n'ai pas vu ce détail... en fait je sais pas pourquoi mais je ne vois jamais ce genre de détail qui permet de les exos en 1 lignes (c'est pour ça que j'en fait beaucoup, pour m'améliorer, car j'ai rarement des idées sur les exos de math ^^)

Razes a écrit:Bonjour,

Soient :

Appliquons à cette équation; Nous obtenons :

Nous avons donc :
.
L'écriture de en fonction de est unique, donc les coefficients des deux équations sont liés à un facteur multiplicatif près.
Donc:

et


Donc la famille est une famille libre de rang 4. . Donc, c'est une base.


@Raze, je ne comprend pas pourquoi le fait que "L'écriture de en fonction de est unique, donc les coefficients des deux équations sont liés à un facteur multiplicatif près." implique que tu puisse séparer le système en 2 matrices, je ne connais pas cette méthode... A-t'elle un nom pour que je puisse chercher une preuve et ainsi pouvoir l'utiliser ailleurs ?? Aussi je ne comprend pas pourquoi tu as égalisé les vecteurs de la base tout juste démontrée avec les vecteurs de la base canonique, nous n'avons pas l'hypothèse que la base est égale à la base canonique

@Zygomatique, c'est une démonstration par l'absurde ??
Bon, puis-je avoir une confirmation pour la suite




Donc c'est bien un

Pour la suite je suis moins sûr... de ce qu'il faut faire, faire passer la condition de dans ?? c'est ce qui me semble le plus logique, mais comment utiliser la question 2 ? quel vecteur de passer en argument de la matrice de ?
...
J'ai réfléchit un peu avant d'envoyer, je me suis dit comme u est bijective et , alors rg(g) = rg(u), donc plus qu'a calculer le rang de la matrcice de u !! mais il me semble que l'implication est fausse, non ? il me manque une hypothèse pour ça je crois ...

Désolé pour le pavé ^^

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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par zygomatique » 26 Aoû 2017, 19:36

non par contraposée ...

C(u) est évidemment un ev qui contient en particulier u et I et évidemment u <> I

donc la dimension de C(u) est au moins 2

mais u^2 = -k^2I est un polynome annulateur de u ...
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. EUCLIDE

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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Razes » 26 Aoû 2017, 20:45

Multiplie la 1ère équation par et la 2ème équation par et procède à la soustraction des deux équations. Que constates tu?

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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par luluv » 26 Aoû 2017, 21:28

@zygomatique, qu'entends-tu au juste "u et I et évidemment u <> I" c'est quoi I ? une application je suppose ? et comment déduis-tu que la dimension de est au moins 2 ? car il y a 2 applications dedans : u et I ??
@Razes, je constate que le terme en u(b) s'annule, il nous reste donc une combinaison linéaire de a, u(a), et b dont on sait que le coefficients sont nuls puisque ces 3 termes forment un famille libre...

Razes
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Razes » 26 Aoû 2017, 22:20

luluv a écrit:@Razes, je constate que le terme en u(b) s'annule, il nous reste donc une combinaison linéaire de a, u(a), et b dont on sait que le coefficients sont nuls puisque ces 3 termes forment un famille libre...
Quel sont ces trois termes?

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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Pseuda » 27 Aoû 2017, 10:05

Bonjour,

Pour déterminer la dimension de C(u), je verrais deux méthodes.

Il y a la méthode lourde mais qui marche : on cherche la matrice de dans la base qui commute avec celle de dans la même base, soit telle que . Pour simplifier les calculs, on peut considérer les matrices par blocs : avec , et . On cherche .

Sinon la 2ème méthode, g est entièrement déterminé par les images de la base par g, soit par la donnée de . Comme on a et , en réalité g est entièrement déterminé par . Réciproquement, si , alors . Au final, comme peuvent être choisis librement, on peut déterminer et en déduire sa dimension.

Par contre, je ne vois pas la solution de zygomatique qui utilise un polynôme annulateur de u.

Pseuda
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Re: Montrer qu'une famille est libre sans connaître ses vect

par Pseuda » 27 Aoû 2017, 14:41

luluv a écrit:Pour la suite je suis moins sûr... de ce qu'il faut faire, faire passer la condition de dans ?? c'est ce qui me semble le plus logique, mais comment utiliser la question 2 ? quel vecteur de passer en argument de la matrice de ?
...
J'ai réfléchit un peu avant d'envoyer, je me suis dit comme u est bijective et , alors rg(g) = rg(u), donc plus qu'a calculer le rang de la matrcice de u !! mais il me semble que l'implication est fausse, non ? il me manque une hypothèse pour ça je crois ...

Bonjour luluv,

On connaît le rang de puisque est bijectif. Quel est-il ? Par contre, je ne vois pas ce que le rang de et de a à faire avec le fait que . A mon sens, cela n'a aucun rapport car par exemple l'application IdE est de rang 4 (bijective) et l'application nulle est de rang 0, et sont toutes deux solutions de . Cela ne me paraît pas une bonne piste.

 

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