Le groupe orthogonal est fermé et borné
Application directe du cours · niveau 3 (difficile) · mathématiques (PC), chapitre 5 — Espaces Vectoriels Normés et Topologie · Z. Problèmes de concours corrigés
Énoncé
On munit de la norme de Frobenius .
- Montrer que est une partie fermée de .
- Montrer que est bornée.
- En déduire que l'application atteint ses bornes sur , et déterminer son maximum.
Corrigé
1. Fermeture. L'application , , est polynomiale en les coefficients de , donc continue — c'est l'un des exemples cités par le programme. Le singleton est un fermé, donc son image réciproque est un fermé de .
2. Bornitude. Pour , on a , donc Toutes les matrices orthogonales ont donc la même norme : est contenu dans la sphère de rayon , il est borné.
3. Bornes atteintes. est de dimension finie , y est non vide ( en fait partie), fermé et borné, et la trace est une forme linéaire donc continue. Le théorème des bornes atteintes s'applique : la trace atteint ses bornes sur .
Pour le maximum, notons que pour , l'inégalité de Cauchy-Schwarz appliquée au produit scalaire donne avec égalité si et seulement si est positivement colinéaire à , c'est-à-dire puisque . Le maximum vaut donc , atteint en uniquement.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.