mathématiques (PSI) · Chapitre 1 · Exercice de TD
L'opérateur aux différences, un drapeau de sous-espaces stables
Compléments d'Algèbre Linéaire et Déterminants · Niveau ★★ — raisonnement intermédiaire · niveau 2
Énoncé
Sur , on pose et .
- Montrer que et que est stable par pour tout . Écrire dans la base canonique .
- Décrire l'endomorphisme induit par sur , puis donner .
- Montrer que , en déduire que est inversible et expliciter comme polynôme en . Reconnaître .
Corrigé
1. La linéarité est immédiate. Si est de degré , le développement de a le même terme dominant , qui disparaît dans la différence : . Donc et l'on dispose d'un drapeau de sous-espaces stables . Les images des vecteurs de sont d'où, en rangeant ces images en colonnes, La base étant adaptée à chacun des , la traduction matricielle de la stabilité impose une matrice triangulaire supérieure ; la chute stricte du degré ajoute la nullité de la diagonale.
2. L'endomorphisme induit sur se lit dans le bloc supérieur gauche, : c'est , la « dérivation discrète » d'une fonction affine. La diagonale de étant nulle, .
3. Comme fait chuter le degré d'au moins , une récurrence immédiate donne pour , avec la convention : donc (on le vérifie sur : ). Le polynôme annule , mais son terme constant est nul — et de fait n'est pas inversible, . En revanche , et la même identité valant dans l'autre ordre puisque deux polynômes de commutent. Donc est inversible et qui est bien un polynôme en , donc en . Enfin , donc .
Contrôle sur . , , , d'où
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