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Un produit scalaire construit sur trois valeurs

Exercice · niveau 2 · mathématiques approfondies (ECG 2e année), chapitre 4 — Produit scalaire et espaces euclidiens · Produits scalaires et normes

Énoncé

Sur , on pose . Montrer que c'est un produit scalaire, puis calculer la norme de .

Corrigé

Bilinéarité et symétrie. À fixé, est une somme de trois termes , et est linéaire : la somme de trois applications linéaires est linéaire. Chaque terme étant inchangé quand on échange et , l'expression est symétrique — d'où la linéarité en aussi.

Positivité. , comme somme de trois carrés.

Caractère défini — le point délicat. Supposons . Une somme de carrés de réels est nulle seulement si chacun l'est, donc . Le polynôme possède alors trois racines distinctes, alors qu'il est de degré au plus . Un polynôme non nul de degré a au plus racines : est donc le polynôme nul. C'est ici, et seulement ici, que la restriction à sert : sur , le polynôme serait non nul et de « norme » nulle.

La norme demandée. Pour : , et . Donc

Le point à retenir. Un produit scalaire par évaluation en points distincts fonctionne sur et pas au-delà : le nombre de points doit dépasser le degré, sinon le caractère défini tombe.

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