mathématiques (PT) · Chapitre 1 · Exercice de TD
Recoller deux projecteurs quand une seule composée s'annule
Compléments d'Algèbre Linéaire et Déterminants · B. Projecteurs et symétries · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Soient et deux projecteurs de vérifiant seulement (sans supposer ). On pose . Montrer que est un projecteur, puis que (pour l'image : vérifier que fixe , et que s'annule sur puisque ; pour le noyau : appliquer à la relation pour obtenir d'abord ). Comparer avec le cas symétrique , où le terme correctif disparaît et où se réduit à .
Corrigé
Stratégie. Tout se déduit des trois seules relations disponibles : , et . On calcule en développant les neuf produits, puis on obtient l'image et le noyau sans jamais résoudre de système : on montre que fixe et point par point, et l'on extrait de la relation en lui appliquant .
1. est un projecteur. Développons terme à terme, en utilisant à chaque fois qu'un facteur précède un facteur : La somme vaut . Donc : est un projecteur.
2. fixe et . Soit . Alors et , d'où Soit . Alors , et , d'où . Ainsi .
Réciproquement, pour tout , d'où l'inclusion inverse. Enfin la somme est directe : si , alors (car et est un projecteur) et donne ; donc . D'où
3. Le noyau. Soit . Appliquons à cette égalité : C'est le point délicat : c'est qui fait disparaître les deux derniers termes et isole . La relation se réduit alors à . Réciproquement, si , alors . Donc
Contrôle chiffré. Dans , prenons et : on vérifie , , , tandis que . Alors , qui est bien un projecteur, avec et . En revanche vérifie : la somme seule n'est pas un projecteur, le terme correctif est indispensable.
Le point à retenir. Sous l'hypothèse symétrique , le correctif s'évanouit et l'on retrouve . L'hypothèse dissymétrique seule oblige à retrancher , et c'est le prix exact de la dissymétrie : le résultat, lui, est identique — on recolle deux projecteurs en un seul, dont l'image est la somme directe des images et le noyau l'intersection des noyaux.
Exercices semblables
- Un endomorphisme complexe préserve l'orientation réelle corrigé
- Le coefficient dominant lu dans la base de Lagrange corrigé
- Minorer la dimension d'une intersection, l'énoncé dual de Grassmann corrigé
- Une colonne de Vandermonde décalée fait apparaître la somme des points corrigé
- Soit p un projecteur de E et s = 2p - id_E. corrigé