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La matrice d'un projecteur orthogonal

Exercice · niveau 2 · mathématiques approfondies (ECG 2e année), chapitre 9 — Endomorphismes symétriques et théorème spectral · Projecteurs et moindres carrés

Énoncé

Dans , soit . Écrire la matrice de la projection orthogonale dans la base canonique, puis vérifier sur elle les deux propriétés qui caractérisent un projecteur orthogonal.

Corrigé

Le vecteur unitaire. , donc est unitaire et .

Les colonnes. L'image du premier vecteur de la base canonique est , et de même pour les deux autres :

C'est un projecteur.

On le lit aussi sans calcul : appliquer deux fois revient à multiplier par .

Il est orthogonal. est symétrique, et un projecteur est orthogonal si et seulement s'il est symétrique — lecture licite, la base canonique étant orthonormée.

Contrôle. La somme des coefficients diagonaux vaut , et : laisse bien invariant point par point.

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