mathématiques MPSI · Chapitre 13 · Application directe du cours
Montrer qu'un système de Cramer homogène n'a que la solution nulle, et…
Matrices et applications linéaires · C. Systèmes linéaires · niveau 2
Énoncé
Montrer qu'un système de Cramer homogène n'a que la solution nulle, et qu'un système homogène avec moins d'équations que d'inconnues a toujours des solutions non nulles.
Corrigé
Stratégie : tout traduire sur et appliquer le théorème du rang. Un système homogène n'est rien d'autre que la description de ; « avoir une solution non nulle » signifie . La question est donc entièrement une question de dimension du noyau.
a) Système de Cramer homogène. Par définition, est inversible. Alors Autrement dit est bijective, donc injective, donc : la solution nulle est la seule. Un système de Cramer homogène ne dit rien de plus que .
b) Moins d'équations que d'inconnues. Soient inconnues, équations, avec ; donc et .
⚠️ Le point qui fait tout, et qu'on oublie. est un sous-espace de l'espace d'arrivée : donc C'est le nombre d'équations qui plafonne le rang — pas le nombre d'inconnues. Sans cette remarque, le théorème du rang ne donne rien.
Le théorème du rang, appliqué à défini sur , s'écrit alors Le noyau est donc de dimension au moins : il contient des vecteurs non nuls.
Contrôle. , : . Le rang vaut , donc ✓. Résolution : donne , soit , puis : l'ensemble des solutions est . Vérification sur le vecteur trouvé : ✓ et ✓ — non nul, comme annoncé.
Ce que l'exercice installe. C'est le principe des tiroirs de l'algèbre linéaire : trop peu de contraintes ne peuvent pas immobiliser trop d'inconnues. On s'en sert sans arrêt et souvent sans le nommer — par exemple pour démontrer que toute famille de vecteurs d'un espace de dimension est liée : la relation de liaison cherchée est justement la solution non nulle d'un système à équations et inconnues.
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