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mathématiques (PC) · Chapitre 1 · Application directe du cours

Le rang d'un projecteur se lit sur sa trace

Compléments d'Algèbre Linéaire et Déterminants · Niveau ★ — application directe du cours · niveau 1 (application)

Énoncé

Soit et l'endomorphisme de canoniquement associé.

  • Montrer que est un projecteur.
  • Donner sans effectuer un seul pivot.
  • Expliciter la décomposition .

Corrigé

Stratégie. Ne jamais échelonner : on reconnaît le projecteur par la relation (caractérisation algébrique), on lit son rang sur sa trace, et l'on déduit les deux sous-espaces au lieu de les calculer.

1. Idempotence. Notons la matrice dont tous les coefficients valent , de sorte que . Chaque coefficient de vaut , donc et D'après le théorème de caractérisation algébrique des projecteurs, est un projecteur.

2. Le rang par la trace. La proposition « trace d'un projecteur » donne . Or , donc Trois additions ont remplacé un échelonnement : c'est tout l'intérêt de l'énoncé .

3. Les deux sous-espaces. Le vecteur vérifie , donc : ainsi . Le théorème du rang donne , d'où l'égalité . Pour , dont la somme des coordonnées est nulle : , où . Comme , on a .

Conclusion. est la projection sur le plan parallèlement à la droite , et . Contrôle : ✓.

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