mathématiques MPSI · Chapitre 13 · Application directe du cours
Déterminer, selon le paramètre a ∈ ℝ, le rang d…
Matrices et applications linéaires · B. Noyau, image, rang · niveau 2
Énoncé
Déterminer, selon le paramètre , le rang de .
Corrigé
Stratégie : échelonner, puis discuter. Les opérations élémentaires sur les lignes ne changent pas le rang ; on échelonne donc sans jamais diviser par une quantité qui pourrait être nulle, et on compte les pivots à la fin.
a) L'échelonnement. et (deux transvections, licites quel que soit ) :
⚠️ L'endroit où l'on triche sans s'en apercevoir. Le réflexe suivant serait pour « normaliser le pivot ». C'est illicite si — et c'est précisément le cas intéressant. On ne divise pas par un paramètre : on sépare les cas.
b) Cas . Les trois pivots , , sont non nuls : la matrice échelonnée est triangulaire à diagonale non nulle.
c) Cas . Les lignes et s'annulent toutes les deux en même temps : il ne reste que . C'est cohérent : pour , est la matrice dont tous les coefficients valent , et ses trois lignes sont égales.
Contrôle. (le déterminant de la triangulaire obtenue, les transvections le laissant intact). Pour : , rang ✓. Pour : , rang ✓. Pour : , et la matrice pleine de est bien de rang ✓.
Ce que l'exercice installe. Le rang n'est pas continu en : il saute de à et ne vaut jamais . C'est le même facteur qui tue les deux dernières lignes, donc elles disparaissent ensemble. Cette dégénérescence simultanée est le phénomène que le déterminant enregistre comme une racine double — on le relira au chapitre 14 sur .
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