mathématiques MPSI · Chapitre 13 · Application directe du cours
Soit u ∈ L(ℝ²) tel que u(1, 1) = (2, 0) et u(0, 1) = (1, 1). Justifier…
Matrices et applications linéaires · A. Matrices d'applications linéaires · niveau 2
Énoncé
Soit tel que et . Justifier que existe et est unique, et écrire sa matrice dans la base canonique.
Corrigé
Stratégie : le théorème « une application linéaire est déterminée par les images d'une base ». Encore faut-il vérifier que les vecteurs sur lesquels on impose les valeurs forment une base — c'est là tout le contenu de la première question.
a) Existence et unicité. Posons et . La famille est une base de : elle a deux vecteurs en dimension , et Le théorème de prolongement linéaire dit alors : pour toute donnée de deux vecteurs , il existe une et une seule application linéaire envoyant sur . Ici , : existe et est unique.
b) La matrice dans la base canonique. ⚠️ Le piège est ici, et il est fatal. On ne connaît pas : les données portent sur et , pas sur et . Écrire en rangeant bêtement et en colonnes donne la matrice de de la base vers la base canonique, pas sa matrice canonique.
Il faut donc d'abord décomposer sur : Par linéarité : D'où
Contrôle. ✓ et ✓. Autre contrôle, par la formule de changement de base : avec (passage de la canonique à ), on a ✓ — la matrice « naïve » n'était pas fausse, elle était exprimée dans d'autres bases.
Un bonus qui se filme. : est la similitude directe , de rapport et d'angle . On ne pouvait pas le deviner sur l'énoncé.
Ce que l'exercice installe. Une matrice ne signifie rien sans ses bases. Les deux matrices et décrivent le même ; c'est la formule de changement de base qui passe de l'une à l'autre, et c'est l'objet du thème D.
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