Le déterminant par blocs lorsque deux blocs commutent
Exercice de TD · niveau 3 (difficile) · mathématiques (PSI), chapitre 1 — Compléments d'Algèbre Linéaire et Déterminants · Niveau ★★★ — approfondissement
Énoncé
Soient avec et inversible. On pose
- Montrer que .
- Contrôler sur un exemple, et revenir sur l'exercice~4.
- L'hypothèse est-elle superflue ?
Corrigé
Stratégie. Le programme ne donne qu'un théorème de calcul par blocs, celui du cas triangulaire. Toute la question est donc de fabriquer un bloc nul : on multiplie à droite par une matrice par blocs choisie pour annuler le coin inférieur gauche.
1. Posons . Le produit par blocs (licite, les tailles étant compatibles) donne la nullité du bloc inférieur gauche étant exactement l'hypothèse . Les matrices et sont triangulaires par blocs, donc Par multiplicativité du déterminant, , et comme on peut simplifier :
2. Contrôle numérique. Prenons On a et : les hypothèses sont remplies. Alors Et en développant directement le déterminant de on trouve ✓.
Retour sur l'exercice 4. On y avait , , . Comme , l'hypothèse est vérifiée et est inversible : la formule s'applique et donne en accord avec le calcul direct. La bonne formule rend là où la formule naïve annonçait .
3. L'hypothèse n'est pas superflue. Prenons avec mais . Ici a ses lignes et égales, donc , alors que a pour déterminant : la formule tombe en défaut dès qu'on retire la commutation.
Remarque (hors programme). L'hypothèse « inversible » n'est en revanche qu'une commodité de démonstration : le résultat subsiste pour quelconque, par un argument de continuité ou de polynômes que le programme de PC n'exige pas.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.