mathématiques MPSI · Chapitre 14 · Application directe du cours
Calculer le déterminant circulant…
Groupe symétrique et déterminants · B. Calculs de déterminants · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Calculer le déterminant circulant .
Corrigé
Stratégie : repérer une direction évidemment stable. Chaque ligne contient , , une fois et une seule : la somme des colonnes est donc une colonne constante. C'est le signal qu'il faut faire .
a) La manœuvre. est une composée de deux transvections : le déterminant est inchangé. Avec :
⚠️ Deux opérations de nature opposée, à ne pas confondre. ne change rien (transvection) ; la mise en facteur de dans la première colonne change le déterminant (linéarité), et le facteur doit être écrit. Croire qu'on « simplifie » sans le noter fait perdre un facteur tout entier.
b) On termine par transvections. , , puis développement selon : En développant : et , dont la somme vaut .
c) La factorisation complète, sur . Avec (chapitre 3), le second facteur se casse en deux : d'où la forme définitive Les trois racines cubiques de l'unité donnent chacune un facteur — ce n'est pas un hasard, voir la dernière ligne.
Contrôle. , , . Formule : . Calcul direct (développement selon ) : ✓. Autre contrôle, aux cas dégénérés : donne et second facteur , donc ✓ — la matrice est alors pleine de , de rang .
Ce que l'exercice installe. Le vecteur est envoyé sur : c'est un vecteur propre, et l'on a en réalité trouvé les trois : pour , associés aux valeurs . Le déterminant d'un circulant est le produit des valeurs du polynôme aux racines -ièmes de l'unité — énoncé qui se généralise à toute taille et qui est, littéralement, la transformée de Fourier discrète qui diagonalise les convolutions.
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