Adloun

Le spectre ne dépend pas de la base

Exercice d'entraînement · niveau 3 (difficile) · mathématiques appliquées (ECG 2e année), chapitre 3 — Réduction des matrices carrées · Diagonalisation et puissances

Énoncé

Soient et deux matrices de semblables, c'est-à-dire avec inversible. Montrer que . En déduire que et ne sont pas semblables.

Corrigé

Une inclusion. Soit : il existe tel que , c'est-à-dire . Multiplions à gauche par : Posons . Il est non nul : si , alors en multipliant par on aurait , exclu. Donc est un vecteur propre de pour , et . D'où .

L'autre inclusion. La relation équivaut à : et jouent des rôles symétriques, avec à la place de . Le raisonnement précédent, appliqué dans ce sens, donne .

Conclusion. : le spectre est un invariant de similitude. Le point délicat est la non-nullité de , sans laquelle on n'aurait pas de vecteur propre.

Application. Les deux matrices proposées sont diagonales, donc triangulaires : leurs spectres se lisent sur la diagonale, Ces ensembles diffèrent ( appartient au premier, pas au second), donc les deux matrices ne sont pas semblables.

Portée. Comme le rang, le spectre sert à prouver qu'une similitude est impossible ; il ne prouve jamais qu'elle existe.

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