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mathématiques (PC) · Chapitre 4 · Application directe du cours

Caractérisation géométrique d'une matrice orthogonale

Endomorphismes des Espaces Euclidiens et Isométries · Z. Problèmes de concours corrigés · niveau 3 (difficile)

Énoncé

On considère la matrice :

  • Vérifier que .
  • Déterminer l'axe de rotation (avec unitaire).
  • Calculer l'angle de rotation de cette rotation.

Corrigé

1. Appartenance à : Notons les colonnes de : De plus : La matrice est donc orthogonale (). Calculons le déterminant par la formule de Sarrus : Donc : représente une rotation vectorielle de l'espace .

2. Recherche de l'axe de rotation : L'axe de rotation est le sous-espace propre associé à la valeur propre : . Le système s'écrit : L'axe de rotation est donc la droite vectorielle dirigée par le vecteur unitaire :

3. Angle de rotation : La trace de la matrice de rotation vérifie : Or . On en déduit : Pour fixer le signe de l'angle par rapport à , prenons le vecteur . On a . Le produit vectoriel vaut : Le produit scalaire avec est : Comme ce produit mixte est strictement positif, l'angle de la rotation autour de l'axe orienté par est :

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