mathématiques MPSI · Chapitre 15 · Application directe du cours
Déterminer la projection orthogonale de x = (1, 0, 0, 1) sur le…
Espaces préhilbertiens réels · D. Bases orthonormées, projections, distances · niveau 2
Énoncé
Déterminer la projection orthogonale de sur le sous-espace de , et .
Corrigé
Stratégie : vérifier d'abord si la famille génératrice est déjà orthogonale. Si oui — et c'est le cas ici — on s'épargne tout Gram-Schmidt et la formule du projeté s'applique directement.
a) La famille est orthogonale. Avec et : Les deux vecteurs sont non nuls et orthogonaux : est une base orthogonale de , et .
b) Le projeté. Pour une base orthogonale (pas forcément normée), la formule est Ici avec , et avec :
c) La distance.
⚠️ Le dénominateur, qu'on oublie une fois sur deux. Le coefficient est , pas . L'oubli est invisible quand la famille est orthonormée — c'est précisément pour cela qu'il faut calculer les normes avant d'appliquer la formule. Ici : sans le facteur , on obtiendrait , qui n'est pas le projeté (il n'est même pas le plus proche).
Contrôle — trois vérifications indépendantes.
- La caractérisation : le projeté est l'unique tel que . Or ✓ et ✓.
- L'appartenance : ✓.
- Pythagore : , soit ✓.
Ce que l'exercice installe. n'est pas une distance parmi d'autres : c'est le minimum de quand parcourt , atteint en et là seulement. Dans aucun dessin n'existe, et pourtant tout se calcule exactement — c'est ce mécanisme, transporté aux espaces de fonctions, qui donnera les moindres carrés (n° 15) et les séries de Fourier.
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