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Injectivité et noyau

Exercice · niveau 2 · mathématiques appliquées (ECG 1re année), chapitre 7 — L'espace des n-uplets réels, sous-espaces vectoriels et applications linéaires · Applications linéaires : noyau et image

Énoncé

Montrer qu'une application linéaire est injective si et seulement si .

Corrigé

Sens direct. Supposons injective. Soit , donc . Comme est linéaire, également. L'injectivité donne alors . Donc , et l'autre inclusion est acquise : .

Réciproque. Supposons et soient tels que . Par linéarité,

donc , c'est-à-dire . Donc est injective.

Ce que cela apporte. Tester l'injectivité, c'est en principe comparer toutes les paires de points. Ici la linéarité ramène tout à un seul calcul : résoudre . C'est la raison pour laquelle, en algèbre linéaire, l'injectivité se lit sur une seule équation — et pourquoi elle équivaut, en dimension finie et pour une application linéaire d'un espace dans lui-même, à la surjectivité, via le théorème du rang.

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