Adloun

Deux sous-espaces propres ne se rencontrent qu'en zéro

Exercice · niveau 3 (difficile) · mathématiques approfondies (ECG 2e année), chapitre 2 — Éléments propres et polynômes annulateurs · Propriétés générales du spectre

Énoncé

Soit un endomorphisme d'un espace de dimension finie, et deux valeurs propres de . Montrer que , que la somme est directe, puis que .

Corrigé

L'intersection. Soit . Alors et , d'où en soustrayant Comme , le scalaire est non nul, donc . L'inclusion réciproque est immédiate : appartient à tout sous-espace vectoriel. Donc .

La somme est directe. C'est exactement le critère du chapitre 1 : une somme de deux sous-espaces est directe si et seulement si leur intersection est réduite au vecteur nul. On peut donc écrire .

L'inégalité des dimensions. La dimension d'une somme directe est la somme des dimensions : Or est un sous-espace vectoriel de , donc sa dimension est au plus . D'où l'inégalité annoncée.

Ce qu'elle interdit. En dimension , pas deux sous-espaces propres de dimension : , sans le moindre calcul.

Le point à retenir. La somme des dimensions des sous-espaces propres ne dépasse jamais ; le chapitre 3 montrera que le cas d'égalité caractérise exactement les endomorphismes diagonalisables.

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