Commutant d'un endomorphisme diagonalisable
Exercice supplémentaire · niveau 3 (difficile) · mathématiques (PSI), chapitre 2 — Réduction des Endomorphismes et des Matrices Carrées · Z. Problèmes de concours corrigés
Énoncé
Soit un endomorphisme diagonalisable en dimension . On note le commutant de .
- Montrer que si et seulement si chaque sous-espace propre de est stable par .
- En déduire la dimension de en fonction des multiplicités .
- À quelle condition nécessaire et suffisante ?
Corrigé
1. Stabilité : Si , on a déjà prouvé que les sont stables par . Réciproquement, comme est diagonalisable, . Si chaque est stable par , alors sur , , donc et . Comme et coïncident sur chaque sous-espace d'une somme directe égale à , ils sont égaux sur tout entier.
2. Dimension du commutant : Un endomorphisme laisse stable chaque si et seulement si sa matrice dans une base adaptée de vecteurs propres est diagonale par blocs : L'espace vectoriel des telles matrices a pour dimension :
3. Condition : On a toujours . Comme est diagonalisable avec valeurs propres distinctes, le polynôme l'annule et aucun polynôme non nul de degré ne l'annule, donc . Or . Ainsi, si et seulement si possède valeurs propres distinctes ().
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