mathématiques MPSI · Chapitre 15 · Exercice de TD
L'orthogonal de l'orthogonal, et un hyperplan dont l'orthogonal est nul
Espaces préhilbertiens réels · C. Orthogonalité et Gram-Schmidt · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Soit un espace préhilbertien réel.
a) Soient deux parties de . Montrer que , que , et que .
b) On suppose euclidien et un sous-espace. Montrer que .
c) Soit muni de , et . Montrer que est un hyperplan de , puis que . (Si , considérer .) En déduire et . Laquelle des hypothèses du théorème du supplémentaire orthogonal est en défaut ?
Corrigé de la question 1
Ce qu'on a le droit d'utiliser. La définition : , qui est un sous-espace. Le théorème du supplémentaire orthogonal : si est de dimension finie, , et en dimension finie , . Le théorème « continue, positive, d'intégrale nulle, donc nulle » du chapitre sur l'intégration.
a) Les propriétés formelles.
Renversement. Soit : pour tout , donc en particulier pour tout : . Plus la partie est grosse, plus son orthogonal est petit.
Double orthogonal. Soit . Pour tout , on a par définition même de . Donc est orthogonal à tout élément de : . Aucune hypothèse n'a servi.
Passage au sous-espace engendré. Comme , le renversement donne . Réciproquement, soit et une combinaison linéaire d'éléments de : par linéarité, . Donc . Égalité.
Question 2 : comment l'IA t'aide
b) On suppose euclidien et un sous-espace. Montrer que .
Élève
Par le a), j'ai déjà . Pour l'autre inclusion, je prends orthogonal à tout et j'essaie de montrer que , mais je tourne en rond.
IA
Ta voie peut aboutir en décomposant selon , mais il y a plus direct. Tu as deux sous-espaces d'un espace de dimension finie, dont l'un contient l'autre : que suffit-il de comparer ?
Élève
Leurs dimensions. Je sais que avec , par le théorème du supplémentaire orthogonal.
IA
Ce résultat vaut pour tout sous-espace de : que donne-t-il appliqué à lui-même ? Et où l'hypothèse « euclidien » intervient-elle, ce qui préparera le c) ?
L'IA ne donne pas la réponse : elle pose la question qui fait avancer. À toi de continuer.
Continue cet exercice avec l'IA
Reprends la question 2 là où le dialogue s'arrête, puis la suite de l'exercice.
Continuer avec l'IA — gratuit, sans inscriptionGratuit, sans inscription. L'IA te guide pas à pas, sans te donner la réponse.