mathématiques (PC) · Chapitre 2 · Application directe du cours
Décomposition D + N et puissances
Réduction des Endomorphismes et Matrices Carrées · Niveau ★★★ — approfondissement · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Soit . Déterminer ses éléments propres ; est-elle diagonalisable ? Écrire avec diagonale, et , et en déduire pour tout .
Corrigé
Éléments propres. est triangulaire : , et avec la multiplicité . La matrice est de rang : est une droite. Comme , n'est pas diagonalisable.
La décomposition. On écrit avec ; et commute avec toute matrice, en particulier avec .
Les puissances. Comme et commutent, la formule du binôme s'applique, et tous les termes qui contiennent avec sont nuls : Contrôle : pour on retrouve , et pour la matrice .
Une seconde route. Le théorème de Cayley-Hamilton dit que annule . Le reste de la division euclidienne de par s'écrit ; en évaluant en l'égalité de la division, puis sa dérivée — est racine double —, on trouve et . D'où : la même formule. L'écriture « scalaire plus nilpotente » et la division par un annulateur à racine double sont deux lectures du même calcul.