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Ce que dit de

Application directe du cours · niveau 3 (difficile) · mathématiques (PC), chapitre 5 — Espaces Vectoriels Normés et Topologie · Autres exercices résolus, par thème du cours

Énoncé

Soit , et la norme euclidienne sur .

a) Montrer que est symétrique et que ses valeurs propres sont positives ; on note la plus grande.

b) À l'aide du théorème spectral, montrer que pour toute colonne , c'est-à-dire : l'application est -lipschitzienne pour la norme euclidienne.

c) Pour , dont la seule valeur propre est , calculer et vérifier l'inégalité du b) : ce n'est pas le spectre de qui contrôle , mais celui de .

Corrigé

Stratégie. Passer au carré fait apparaître la forme quadratique de la matrice symétrique ; le théorème spectral la diagonalise en base orthonormée, et la majoration devient une inégalité entre sommes.

a) Symétrie et positivité. : la matrice est symétrique réelle, donc ses valeurs propres sont réelles (théorème spectral). Si avec , alors , et comme , .

b) La majoration. Pour toute colonne , . Par le théorème spectral, il existe une base orthonormée de vecteurs propres de , avec . En écrivant , l'orthonormalité donne En prenant la racine carrée : ; et par linéarité, .

c) Le contrôle. , donc et . Pour , et : l'inégalité est vérifiée. Or : les valeurs propres de ne disent rien de l'amplification , c'est le spectre de qui la contrôle. Pour symétrique, en revanche, a pour valeurs propres les carrés de celles de , et est la plus grande valeur absolue d'une valeur propre de .

Ce que l'exercice installe. La forme quadratique transporte une question sur une matrice quelconque vers une matrice symétrique positive, où le théorème spectral s'applique.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

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