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37 107.02 Image et noyau, théorème du rang

Dans le document Tous les exercices Table des matières (Page 141-152)

Exercice 1045

SoientFetGdeux sous-espaces vectoriels deRn, on définit l’application f:F×G→Rnpar f(x1,x2) =x1+x2. 1. Montrer que f est linéaire.

2. Déterminer le noyau et l’image def.

[000931]

Exercice 1046

Soitfune application linéaire deRndansRn. Montrer que les propriétés(1)à(3)sont équivalentes.

(1) Rn=Im(f)MKer(f)

(2) Im(f) =Im(f2)

(3) Ker(f) =Ker(f2)

[000932]

Exercice 1047

Soient :E,FetGtrois sous espaces vectoriels deRN, fune application linéaire deEdansFetgune application linéaire deFdansG.

On rappelle queg◦fest l’application deEdansGdéfinie parg◦f(v) =g(f(v)), pour tout vecteurvdeE.

1. Montrer queg◦fest une application linéaire.

2. Montrer quef Ker(g◦f)

=Kerg∩Im f.

[000933]

Exercice 1048

E1etE2étant deux sous-espaces vectoriels de dimensions finies d’un espace vectorielE, on définit l’application f:E1×E2→Epar f(x1,x2) =x1+x2.

1. Montrer quefest linéaire.

2. Déterminer le noyau et l’image def. 3. Appliquer le théorème du rang.

IndicationH CorrectionH [000934]

Exercice 1049

SoitEl’espace vectoriel des polynômes de degré inférieur ou égal àn. Pourp≤non noteeple polynômex7→xp. Soit fl’application définie surEpar f(P) =QavecQ(x) =P(x+1) +P(x−1)−2P(x).

1. Montrer quefest une application linéaire deEdansE.

2. Calculerf(ep); quel est son degré ? En déduire kerf, Im fet le rang def.

3. SoitQun polynôme de Imf; montrer qu’il existe un polynôme uniquePtel que : f(P) =QetP(0) =P0(0) =0.

[000935]

Exercice 1050

SoitE,F,Gtrois espaces vectoriels, fetgdeux applications linéairesE→f F→g G; montrer que : ker(g◦f) =f1(kerg∩Imf) =f1(kerg).

[000936]

Exercice 1051

SoitEun espace vectoriel de dimension finie,FetNdeux sous-espaces vectoriels deE; donner une condition nécessaire et suffisante pour qu’il existe une application linéairefdeEdansEvérifiant : f(E) =Fet kerf=N. [000937]

Exercice 1052

SoitE,F,Gtrois espaces vectoriels de dimensions respectivesn,p,q, fetgdeux applications linéairesE→f F→g Gtelles queg◦f=0.

Quelle relation existe-t-il entre le rang defet celui deg? [000938]

Exercice 1053

SoitE un espace vectoriel de dimension finie, f une application linéaire deE dansE; montrer que les propriétés (1) à (3) sont équivalentes :

(1) E=Imf⊕kerf,

(2) Imf=Im f2, (3) kerf=kerf2.

[000939]

Exercice 1054

SoitEun espace vectoriel, etuune application linéaire deEdansE. Dire si les propriétés suivantes sont vraies ou fausses : 1. Sie1,e2, . . . ,epest libre, il en est de même deu(e1),u(e2), . . . ,u(ep).

2. Siu(e1),u(e2), . . . ,u(ep)est libre, il en est de même dee1,e2, . . . ,ep. 3. Sie1,e2, . . . ,epest génératrice, il en est de même deu(e1),u(e2), . . . ,u(ep).

4. Siu(e1),u(e2), . . . ,u(ep)est génératrice, il en est de même dee1,e2, . . . ,ep.

5. Siu(e1),u(e2), . . . ,u(ep)est une base de Imu, alorse1,e2, . . . ,epest une base d’un sous-espace vectoriel supplémentaire de Keru.

[000940]

Exercice 1055

SoientE un espace vectoriel etϕ une application linéaire deE dansE. On suppose que Ker(ϕ)∩Im(ϕ) ={0}. Montrer que, si x6∈Ker(ϕ)alors, pour toutn∈N:ϕn(x)6=0.

CorrectionH [000941]

Exercice 1056

Pour des applications linéairesf:E→F,g:F→G, établir l’équivalence g◦f=0⇐⇒Imf⊂Kerg.

Soit f un endomorphisme d’un e.v.E, vérifiant l’identité f2+f−2iE =0. Etablir Im(f−iE)⊂Ker(f+2iE); Im(f+2iE)⊂

Ker(f−iE); E=Ker(f−iE)⊕Ker(f+2iE). [000942]

Exercice 1057

SoientEun espace vectoriel de dimensionnet f une application linéaire deEdans lui-même. Montrer que les deux assertions qui suivent sont équivalentes :

1. Ker(f) =im(f).

2. f2=0 et n=2 rg(f).

CorrectionH [000943]

Exercice 1058

SoientEun espace vectoriel etFun sous-espace vectoriel deEde dimension finie. Soit fune application linéaire deEdans lui-même.

1. Montrer que, siF⊂ f(F)alorsf(F) =F.

2. Montrer que, sifest injective etf(F)⊂Falors f(F) =F.

[000944]

Exercice 1059

Soient f:E→Fetg:F→Gdeux applications linéaires. Montrer que ker(f)⊂ker(g◦f)et Im(g◦f)⊂Im(f). [000945]

Exercice 1060

SoitEun espace vectoriel de dimension finie etϕune application linéaire deEdans lui-même. PosonsKn=Ker(ϕn)etIn=Im(ϕn).

Montrer qu’il existen0∈Ntel que pour toutn≥n0 on aitKn=Kn0. Déduiser en que pour toutn≥n0 on a égalementIn=In0. [000946]

Exercice 1061

Soient fetgdeux endomorphismes deEtels que f◦g=g◦f. Montrer que ker(f)et Im(f)sont stables parg.

IndicationH CorrectionH [000947]

Exercice 1062

Soitf∈L(E)telle quef3=f2+f. Montrer queE=ker(f)⊕Im(f)(on remarquera que f◦(f2−f−id) =0). [000948]

Exercice 1063

Soitf∈L(E). Montrer que ker(f)∩Im(f) =f(ker(f◦f)).

IndicationH CorrectionH [000949]

Exercice 1064

SoitUun sous-espace vectoriel deEespace vectoriel, et

A={f∈L(E)|U⊂Ker(f)}.

Montrer queAest un sous-espace vectoriel deL(E). [000950]

Exercice 1065

Donner des exemples d’applications linéaires deR2dansR2vérifiant : 1. Ker(f) =Im(f).

2. Ker(f)inclus strictement dans Im(f).

3. Im(f)inclus strictement dans Ker(f).

CorrectionH [000951]

Exercice 1066

Soit(u,v)∈(L(E))2, tels queu2=uetvu=0.Montrer que

Im(u+v) =Im(u) +Im(v).

[000952]

Exercice 1067

Soit(~e1, ~e2, ~e3)une base deR3, etλun nombre réel. Démontrer que la donnée de



φ(~e1) = ~e1+~e2

φ(~e2) = ~e1−~e2 φ(~e3) = ~e1+λ~e3

définit une application linéaire deR3dansR3. Ecrire l’image du vecteur~v=a1~e1+a2~e2+a3~e3. Comment choisirλ pour queφsoit

injective ? surjective ? [000953]

Exercice 1068

SoitEun espace vectoriel de dimension 3,{e1,e2,e3}une base deE, etλun paramètre réel.

Démontrer que la donnée de



ϕ(e1) = e1+e2

ϕ(e2) = e1−e2 ϕ(e3) = e1+λe3

définit une application linéaireϕdeEdansE. Écrire le transformé du vecteur x=α1e12e23e3. Comment choisirλ pour queϕsoit injective ? surjective ?

CorrectionH [000954]

Exercice 1069

Eétant un espace vectoriel de dimensionnsurR, fune application linéaire deE dansE, construire dans les trois cas suivants deux applications linéaires bijectivesuetvdeEdansEtelles que f=u−v.

– fest bijective.

– Kerf+Im f=E.

– fest quelconque.

[000955]

Exercice 1070

1. Dire si les applicationsfi,16i66,sont linéaires

f1:(x,y)∈R27→(2x+y,ax−y)∈R2, f2:(x,y,z)∈R37→(xy,ax,y)∈R3, f3:P∈R[X]7→aP0+P∈R[X], f4:P∈R3[X]7→P0∈R2[X], f5:P∈R3[X]7→(P(−1),P(0),P(1))∈R3, f6:P∈R[X]7→P−(X−2)P0∈R[X].

2. Pour les applications linéaires trouvées ci-dessus, déterminer ker(fi)et Im(fi), en déduire sifiest injective, surjective, bijective.

CorrectionH [000956]

Exercice 1071

Soitf∈L(E)non nul ; montrer quef est injective si et seulement si pour tout couple(E1,E2)de sous-espaces supplémentaires deE, la sommef(E1) +f(E2)est directe (i.e.f(E1)etf(E2)sont supplémentaires). [000957]

Exercice 1072

Soitf∈L(E)oùEest unK−espace vectoriel. On suppose :

∀x∈E,∃λ∈K,f(x) =λx.

Montrer :

∃µ∈K,f=µid.

[000958]

Exercice 1073

SoientE= (x2+1)n[X]etAetBdeux polynômes à coefficients complexes de degré(n+1). On considère l’application f qui à tout polynômePdeE, associe le reste de la division euclidienne deAPparB.

1. Montrer quefest un endomorphisme deE. 2. Montrer l’équivalence

fest bijective⇐⇒AetBsont premiers entre eux.

CorrectionH [000959]

Exercice 1074

Soitf∈L(E)telle quef3=f2+f+id. Montrer quefest un automorphisme. [000960]

Exercice 1075

SoitEun(x2+1)–espace vectoriel etf∈L(E)tel quef2−3f+2Id=0L(E). 1. Montrer quefest un automorphisme.

2. Montrer queE=ker(f−Id)⊕ker(f−2Id).

3. Déduire de 2. que siEest de dimension finien, il existe une baseβ= (εi)1in, telle que∀i,f(εi) =λiεiavecλi=1 ouλi=2.

[000961]

Exercice 1076

Montrer que sip<qil n’existe pas d’application linéaire surjective deRp dansRq. Montrer que siq<pil n’existe pas non plus

d’application linéaire injective deRpdansRq. [000962]

Exercice 1077

SoientEetFdeux espaces vectoriels de dimension finie etϕune application linéaire deEdansF. Montrer queϕest un isomorphisme si et seulement si l’image parϕde toute base deEest une base deF.

CorrectionH [000963]

Exercice 1078

1. SoientEetFdeux espaces vectoriels etϕune application linéaire bijective deEdansF.Montrer que la bijection réciproque ϕ1est linéaire. Une telle application est dite un isomorphisme d’espaces vectoriels.

2. SoientEetF deux espaces vectoriels de dimension finie. Montrer qu’il existe un isomorphisme d’espaces vectoriels deE à valeurs dansFsi et seulement si dim(E) =dim(F).

[000964]

Exercice 1079

SoitEun espace vectoriel de dimension finieϕetψdeux applications linéaires deEdans lui-même telles queϕ◦ψ=idE.Montrer

queψ◦ϕ=idE. [000965]

Exercice 1080

SoitEun espace vectoriel de dimension finien, etu,vdeux endomorphismes deE.

1. Montrer queu◦v=0 si et seulement si l’image devest contenue dans le noyau deu.

2. Soit(e1, . . . ,en)une base deE. On suppose dans cette question queuetvs’expriment dans cette base par u(e1) =e1, u(ei) =0 si i6=1,

v(e2) =e2, v(ei) =0 si i6=2.

Trouver les matrices deu,vetu◦vdans cette base.

3. Siuest un endomorphisme quelconque non nul deE, quelle condition doit vérifier le noyau deupour qu’il existe un endomor-phisme non nulvtel queu◦v=0 ? Dans ce cas,uest-il bijectif ?

[002441]

Exercice 1081

1. Soitfune application linéaire surjective deR4dansR2. Quelle est la dimension du noyau def? 2. Soitgune application injective deR26dansR100. Quelle est la dimension de l’image deg? 3. Existe-t-il une application linéaire bijective entreR50etR72?

[002743]

1. Déterminer une base du noyau deA.

2. Déterminer une base de l’image deA.

[002744]

1. Déterminer une base du noyau deB.

2. Déterminer une base de l’image deB.

[002745] 1. Déterminer une base du noyau deC.

2. Déterminer une base de l’image deC.

[002746]

Exercice 1085

Pour chaque couple de matrices(Ai,bi), 1≤i≤5, ci-dessous

1. donner la nature de l’ensemble des solutions du systèmeAiX=bi;

2. donner une représentation paramétrique de l’ensemble des solutions deAiX=bi; 3. donner une base de l’image et une base du noyau deAi.

Calculer une base de l’image et une base du noyau de l’application linéaire f : R3 −→ R5

CorrectionH [003316]

Exercice 1091 Applications du thm du rang SoientE,FdeuxK-ev etf∈L(E,F).

1. Montrer que siHest un sev deE, alors dimf(H) =dimH−dim(H∩Kerf).

2. Montrer que siKest un sev deF, alors dimf1(K) =dim(K∩Imf) +dim(Kerf).

[003327]

Exercice 1092 Application du thm du rang

SoientE,Fdeux ev de dimensions finies etu,v∈L(E,F).

Montrer que dim(Ker(u+v))≤dim(Keru∩Kerv) +dim(Imu∩Imv).

(considérerw=u|Ker(u+v))

[003328]

Exercice 1093 Rang de f◦g

SoitEun ev de dimension finie etf,g∈L(E). Établir : 1. dim Ker(f◦g)≤dim Kerf+dim Kerg.

2. dim(Imf∩Kerg) =rg(f)−rg(g◦f).

3. rg(f) +rg(g)−dimE≤rg(f◦g)≤min(rg(f),rg(g)).

[003329]

Exercice 1094 CNS pour que Kerfet Imfsoient supplémentaires

SoitEun ev de dimension finie etf∈L(E). Montrer que les propriétés suivantes sont équivalentes : 1. Kerf2=Kerf.

2. Imf2=Imf. 3. Kerf⊕Imf=E.

4. Kerf∩Imf={~0}. 5. Kerf+Imf=E.

[003330]

Exercice 1095 f og=0

SoitE un ev de dimension finie et f,g∈L(E)tels que f◦g=0. Trouver une inégalité liant les rangs de f et deg. Peut-on avoir

égalité ? [003331]

Exercice 1096 Rang de f+g

SoientE,Fdeux ev,Ede dimension finie, etf,g∈L(E,F).

1. Démontrer que rg(f+g)≤rg(f) +rg(g).

2. Montrer qu’il y a égalité si et seulement si Imf∩Img={~0F}et Kerf+Kerg=E.

CorrectionH [003332]

Exercice 1097 Kerf+Kerg=Imf+Img=E

SoientEun ev de dimension finie et f,g∈L(E)tels que Kerf+Kerg=Imf+Img=E.

Montrer que les sommes sont directes.

[003333]

Exercice 1098 f3=0 Soitf∈L(E)tel que f3=0.

1. Montrer que rgf+rgf2≤dimE.

2. Montrer que 2rgf2≤rgf(appliquer le théorème du rang à f|Imf).

[003334]

Exercice 1099 f◦g=0 et f+g∈GL(E) SoitEde dimension finie etf,g∈L(E)tels que :

(f◦g=0 f+g∈GL(E).

Montrer que rgf+rgg=dimE.

CorrectionH [003335]

Exercice 1100 ftq Imf et Kerfsont imposés

SoitEunK-ev de dimension finie etH,Kdeux sev fixés deE.

1. A quelle condition existe-t-il un endomorphismef∈L(E)tel que Imf=Het Kerf=K?

2. On noteE={f∈L(E)tq Imf=Het Kerf=K}. Montrer queEest un groupe pour◦si et seulement siH⊕K=E.

CorrectionH [003336]

Exercice 1101 Thms de factorisation SoientE,F,GtroisK-ev avec dim(G)finie.

1. Soientu∈L(F,E)etv∈L(G,E). Montrer qu’il existeh∈L(G,F)tel quev=u◦hsi et seulement si Imv⊂Imu.

2. Soientu∈L(E,F)etv∈L(E,G). Montrer qu’il existeh∈L(G,F)tel queu=h◦vsi et seulement si Kerv⊂Keru.

[003337]

Exercice 1102 Noyaux itérés

SoitEun ev de dimension finie etf∈L(E). On poseNk=Ker(fk)etIk=Im(fk).

1. Montrer que la suite(Nk)est croissante (pour l’inclusion) et que la suite(Ik)est décroissante.

2. Soitptel queNp=Np+1. Justifier l’existence depet montrer queNp+1=Np+2=···=Np+k=. . . 3. Montrer que les suites(Nk)et(Ik)sont stationnaires à partir du même rangp.

4. Montrer queNp⊕Ip=E.

5. Montrer que la suite(dim(Nk+1)−dim(Nk))est décroissante.

[003349]

Exercice 1103 Dimension desgtq f◦g=0 et/oug◦f=0

Soitf∈L(E). On poseK=Kerf,I=Imf,K ={g∈L(E)tq f◦g=0}etI={g∈L(E)tqg◦f=0}. 1. Montrer queK etI sont des sev deL(E).

2. Soitg∈L(E). Montrer que :g∈K ⇐⇒Img⊂K, et :g∈I ⇐⇒Kerg⊃I.

3. (a) Montrer que l’ applicationΦ:K →L(E,K),g7→g|Kest un isomorphisme d’ev. En déduire dimK. (b) Chercher de même dimI en introduisant un supplémentaireI0deI.

(c) Chercher aussi dim(K ∩I).

CorrectionH [003350]

Exercice 1104 Rang de f7→u◦f◦v

Soientu,v∈L(E). Déterminer le rang de l’endomorphisme deL(E):f7→u◦f◦v.

CorrectionH [003351]

Exercice 1105 Idéaux deL(E)

Un idéal à gauche deL(E)est un sevIdeL(E)tel que :∀ f∈I,∀g∈L(E), f◦g∈I. SoitI un idéal à gauche.

1. Montrer que si f∈I et Img⊂Imf, alorsg∈I.

2. Soientf1,f2∈I. Montrer qu’il existeg1,g2∈L(E)tels que Im(f1◦g1+f2◦g2) =Imf1+Imf2.

3. Soitf∈Itel que rg(f) soit maximal. Montrer queI={g∈L(E)tq Img⊂Imf}={f◦gtqg∈L(E)}.

[003353]

Exercice 1106 **I

SoitEunK-espace vectoriel etfun élément deL(E).

1. Montrer que[Kerf=Kerf2⇔Kerf∩Imf={0}]et[Imf=Imf2⇔E=Kerf+Imf](où f2= f◦f).

2. Par définition, un endomorphismepdeEest un projecteur si et seulement sip2=p.

Montrer que

[pprojecteur⇔Id−pprojecteur]

puis que

[pprojecteur⇒Imp=Ker(Id−p)et Kerp=Im(Id−p)etE=Kerp⊕Imp].

3. Soientpetqdeux projecteurs, montrer que :[Kerp=Kerq⇔p=p◦qetq=q◦p].

4. petqétant deux projecteurs vérifiant p◦q+q◦p=0, montrer quep◦q=q◦p=0. Donner une condition nécessaire et suffisante pour quep+qsoit un projecteur lorsquepetqle sont. Dans ce cas, déterminer Im(p+q)et Ker(p+q)en fonction de Kerp, Kerq, Impet Imq.

CorrectionH [005171]

Exercice 1107 ****

SoitEunK-espace vectoriel et soit(u,v)∈(L(E))2. 1. Montrer que[Kerv⊂Keru⇔ ∃w∈L(E)/u=w◦v].

2. En déduire que[vinjectif⇔ ∃w∈L(E)/w◦v=IdE].

CorrectionH [005181]

Exercice 1108 ***

SoitE=R[X]leR-espace vectoriel des polynômes à coefficients réels.

– Soit f : E → E

P 7→ P0

. fest-elle linéaire, injective, surjective ? Fournir un supplémentaire de Kerf.

– Mêmes questions avec g : E → E P 7→ R0xP(t)dt

.

CorrectionH [005182]

Exercice 1109 **T

Soient(ei)1i4la base canonique deR4etfl’endomorphisme deR4défini par :f(e1) =2e1+e3, f(e2) =−e2+e4,f(e3) =e1+2e3

etf(e4) =e2−e4. Déterminer Kerfet Imf.

CorrectionH [005187]

Exercice 1110 **I

SoientKun sous-corps deCetEetFdeuxK-espaces vectoriels de dimensions finies surKetuetvdeux applications linéaires deE dansF. Montrer que : |rgu−rgv| ≤rg(u+v)≤rgu+rgv.

CorrectionH [005190]

Exercice 1111 ****

SoientKun sous-corps deCetEunK-espace vectoriel de dimension finien.

1. Montrer que, pour tout endomorphismefdeR2, on a :

(Kerf=Imf)⇔(f2=0 etn=2rgf)⇔(f2=0 et∃g∈L(E)/f◦g+g◦f=IdE).

2. On suppose Kerf=Imf. Montrer qu’il existe une base(u1, ...,up,v1, ...,vp)deEtelle que :

∀i∈ {1, ...,p}, f(ui) =0 et f(vi) =ui.

CorrectionH [005191]

Exercice 1112 ***I Le théorème des noyaux itérés

SoientKun sous-corps deC,EunK-espace vectoriel de dimension finienetf un endomorphisme deE non injectif. Pourkentier naturel donné, on poseNk=KerfketIk=Imfk(avec la convention f0=IdE).

1. Montrer que :∀k∈N,(Nk⊂Nk+1etIk+1⊂Ik).

2. (a) Montrer que :(∀k∈N,(Nk=Nk+1⇒Nk+1=Nk+2).

(b) Montrer que :∃p∈N/∀k∈N,(k<p⇒Nk6=Nk+1etk≥p⇒Nk=Nk+1).

(c) Montrer quep≤n.

3. Montrer que sik<p,Ik=Ik+1et sik≥p,Ik=Ik+1.

4. Montrer queE=Ip⊕Npet que finduit un automorphisme deIp.

5. Soitdk=dimIk. Montrer que la suite(dk−dk+1)k∈Nest décroissante (en d’autres termes la suite des images itéréesIkdécroît de moins en moins vite).

CorrectionH [005192]

Exercice 1113 ***I

SoientKun sous-corps deC,EunK-espace vectoriel de dimension quelconque surKet f un endomorphisme deE vérifiant f2− 5f+6IdE=0. Montrer queE=Ker(f−2Id)⊕Ker(f−3Id).

CorrectionH [005194]

Exercice 1114 ***

SoientEun espace de dimension finie etFetGdeux sous-espaces deE. Condition nécessaire et suffisante surFetGpour qu’il existe un endomorphisme fdeEtel queF=KerfetG=Imf.

CorrectionH [005582]

Exercice 1115 ***

SoientEun espace vectoriel non nul de dimension finie etf un endomorphisme deE. Montrer que :

1. (fnon injective)⇔(f=0 oufdiviseur de zéro à gauche).

2. (fnon surjective)⇔(f=0 oufdiviseur de zéro à droite).

CorrectionH [005583]

Exercice 1116 **I Noyaux itérés

SoientE un espace vectoriel et f un endomorphisme deE. Pourk∈N, on poseNk=Ker(fk)etIk=Im(fk)puisN= [

k∈N

Nket I= \

k∈N

Ik. (Nest le nilespace defetIle cœur def)

1. (a) Montrer que les suites(Nk)k∈Net(Ik)k∈Nsont respectivement croissante et décroissante pour l’inclusion.

(b) Montrer queNetIsont stables parf.

(c) Montrer que∀k∈N,(Nk=Nk+1)⇒(Nk+1=Nk+2).

2. On suppose de plus que dimE=nentier naturel non nul.

(a) SoitA={k∈N/Nk=Nk+1}etB={k∈N/Ik=Ik+1}. Montrer qu’il existe un entierp6ntel queA=B={k∈ N/k>p}.

(b) Montrer queE=Np⊕Ip.

(c) Montrer quef/Nest nilpotent et que f/I∈GL(I).

3. Trouver des exemples où (a) Aest vide etBest non vide, (b) Aest non vide etBest vide, (c) (****)AetBsont vides.

4. Pourk∈N, on posedk=dim(Ik). Montrer que la suite(dk−dk+1)k∈Nest décroissante.

CorrectionH [005586]

Exercice 1117 ***

SoientEetFdeuxK-espaces vectoriels et fune application linéaire deEversF. 1. Montrer que[(∀g∈L(F,E), f◦g◦f=0⇒g=0)⇒fbijective].

2. On pose dimE=p, dimF=net rgf=r. Calculer la dimension de{g∈L(F,E)/f◦g◦f=0}.

CorrectionH [005601]

Exercice 1118 **I

SoitE=Kn[X].uest l’endomorphisme deEdéfini par :∀P∈E,u(P) =P(X+1)−P.

1. Déterminer Keruet Imu.

2. Déterminer explicitement une base dans laquelle la matrice deuest

SoientUetV deux ensembles non vides et fune application deUà valeurs dansV.Legraphede f est le sous-ensemble deU×V défini parGf ={(x,y)∈U×Vtels quey= f(x)}.

1. On suppose maintenant queUetVsont des espaces vectoriels. Rappeler la définition de la structure d’espace vectoriel deU×V.

2. Montrer qu’une partieHdeU×V est le graphe d’une application linéaire deUdansV si et seulement si les trois conditions qui suivent sont satisfaites :

i)La projection canoniqueH→Udéfinie par(x,y)7→xest surjective.

ii) Hest un sous-espace vectoriel deU×V.

iii) H∩({0U})×V) ={0U×V}.(0Uet 0U×V sont les éléments neutres respectifs deUetU×V.)

3. On identifieR4àR2×R2par l’isomorphisme(x,y,z,t)7→((x,y),(z,t)).Enoncer des conditions nécéssaires et suffisantes pour queEsoit le graphe d’une application linéaire deR2dans lui-même.

4. Montrer queEest le graphe d’une application linéaireϕdeR2dans lui-même. Déterminer sa matrice dans une base que l’on définira au préalabe.

[000966]

Exercice 1120 Projecteur et involution

SoitEun espace vectoriel ; on noteiEl’identité surE. Un endomorphismeudeEest unprojecteursiu◦u=u.

1. Montrer que siuest un projecteur alorsiE−uest un projecteur. Vérifier aussi que Imu={x∈E; u(x) =x}et queE=

4. Montrer que siuest un projecteur, 2u−iEest involutif et que tout endomorphisme involutif peut se mettre sous cette forme.

[000967]

1. SoitEun espace vectoriel de dimensionn. UnhyperplandeE est un sous-espace vectoriel de dimensionn−1. Montrer que l’intersection de deux hyperplans deEa une dimension supérieure ou égale àn−2. Montrer que, pour toutp≤n, l’intersection dephyperplans a une dimension supérieure ou égale àn−p.

2. Montrer que, pour toutn∈Net pour touty∈R, l’applicationeydeRn[X]à valeurs dansRdéfinie en posantey(P(X)) =P(y) ( i.e. l’applicationeyest l’évaluation eny) est linéaire. Calculer la dimension de son noyau.

3. Même question avec l’applicatione0ydeRn[X]à valeurs dansRdéfinie en posante0y(P(X)) =P0(y)(en désignant parP0le polynôme dérivé deP).

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