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mathématiques approfondies (ECG 2e année) · Chapitre 9 · Exercice

Diagonaliser orthogonalement en dimension trois

Endomorphismes symétriques et théorème spectral · Théorème spectral et matrices orthogonales · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Soit . Trouver une matrice orthogonale et une matrice diagonale telles que .

Corrigé

Une décomposition qui donne tout. , où est la matrice dont tous les coefficients valent .

Les éléments propres de . Le produit a toutes ses coordonnées égales à la somme de celles de . Donc , et dès que . Le plan est le sous-espace propre de pour , la droite celui pour .

Report sur . : mêmes vecteurs propres, valeurs propres augmentées de . Ainsi pour , et pour tout le plan .

Une base orthonormée de vecteurs propres. étant symétrique, le théorème spectral en garantit une. On prend dans les vecteurs et , orthogonaux entre eux () et à , puis on norme :

Ses colonnes étant unitaires et deux à deux orthogonales, est orthogonale, donc et .

Contrôle. La trace vaut de part et d'autre ( et ), comme l'exige son invariance par changement de base.

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