mathématiques approfondies (ECG 1re année) · Chapitre 7 · Exercice
Le rang d'une composée
Algèbre linéaire en dimension finie · Applications linéaires et formule du rang · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Soient , , de dimension finie, et linéaires. Montrer que , puis que l'égalité a lieu dès que est bijective.
Corrigé
L'image de la composée. Par définition, .
Majoration par . Comme , on a . Une inclusion entre sous-espaces donne une inégalité entre dimensions :
Majoration par . Considérons la restriction de au sous-espace . C'est une application linéaire définie sur un espace de dimension , et son image est exactement . La formule du rang appliquée à s'écrit
donc . Les deux majorations donnent le minimum.
Le cas où est bijective. Alors , donc
et les deux rangs sont égaux — c'est une égalité d'ensembles, pas seulement de dimensions.
Le point à retenir. Composer ne peut que faire perdre du rang, et composer par un isomorphisme n'en fait perdre aucun. C'est pourquoi un changement de base — qui revient à composer par des isomorphismes — laisse le rang d'une matrice inchangé.
Exercices semblables
- Le noyau et l'image de la dérivation corrigé
- Noyau, image et rang d'une application de corrigé
- et somme directe corrigé
- Un endomorphisme de carré nul corrigé
- Un projecteur explicite corrigé