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Diagonalisation (quelques exemples)

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Diagonalisation (quelques exemples)

Michel Rigo

http://www.discmath.ulg.ac.be/

(2)

A=

1 −1

12 32

.

On va regarder

1 0

, . . . ,An 1

0

, . . . 0

1

, . . . ,An 0

1

, . . . −2

−1

, . . . ,An −2

−1

, . . .

(3)

A0 1 0

(4)

A1 1 0

(5)

A2 1 0

(6)

A3 1 0

(7)

A4 1 0

(8)

1

0 , . . . ,A4 1 0

(9)

A0 0 1

(10)

A1 0 1

(11)

A2 0 1

(12)

A3 0 1

(13)

0

1 , . . . ,A3 0 1

(14)

A0 −2

−1

(15)

A1 −2

−1

(16)

A2 −2

−1

(17)

A3 −2

−1

(18)

A4 −2

−1

(19)

det(A−λI) = 1−λ −1

12 32 −λ =λ2−5

2λ+1 = (λ−2) λ− 1 2 . Deux valeurs propres simples : 12 et 2

Espace propre associ´e `a 1/2

A−1

2I x1 x2

= 0⇔ 1

2x1−x2 = 0

12x1+x2 = 0 x1 = 2x2

E1/2=i 2

1

h

(20)

(A−2I) x1

x2

= 0⇔

−x1−x2 = 0

12x112x2 = 0 x1=−x2

E2 =i −1

1

h

(21)

R2 =E1/2⊕E2 =i 2

1

h⊕i −1

1

h

On dispose d’une base de R2 form´ee de vecteurs propres de A.

Ainsi,

1 0

= 1 3

2 1

+(−1 3)

−1 1

(22)

2

E1/2

1 0

= 1 3

2 1

+(−1 3)

−1 1

(23)

1 0 = 1

3 2

1 +(−1 3) −1

1 A

1 0

= 1 3A

2 1

|{z}

E1/2

+(−1 3)A

−1 1

| {z }

E2

A

1

0

= 1 3

1 2

2

1

+(−1 3) 2

−1 1

(24)

1 0 = 1

3 2

1 +(−1 3) −1

1 A

1 0

= 1 3A

2 1

|{z}

E1/2

+(−1 3)A

−1 1

| {z }

E2

A 1

0

= 1 3

1 2

2 1

+(−1 3) 2

−1 1

(25)

E2

E1/2

1 0

= 1 3

2 1

+(−1 3)

−1 1

(26)

E2

E1/2

A 1

0

= 1 3

1 2

2 1

+(−1 3) 2

−1 1

(27)

8 2

1 + −1 1

(28)

8 2

1 + −1 1

(29)

A(8 2

1 + −1

1 ) = 8A 2

1 +A −1 1

(30)

A2(8 2

1 + −1

1 ) = 8A2 2

1 +A2 −1 1

(31)

A3(8 2

1 + −1

1 ) = 8A3 2

1 +A3 −1 1

(32)

A4(8 2

1 + −1

1 ) = 8A4 2

1 +A4 −1 1

(33)

propres non r´eels,

R= 9 10

cosπ4 −sinπ4 sinπ4 cosπ4

(34)

R= 9 10

cosπ4 −sinπ4 sinπ4 cosπ4

det(R−λI) =λ2−9√ 2 10 λ+ 81

100 =

λ−9√ 2 20 (1+i)

λ−9√

2 20 (1−i)

Deux valeurs propres simples (conjugu´ees car χA∈R[λ]) :

9 2

20 (1 +i) = 109eiπ/4 et 9202(1−i) = 109 eiπ/4 E9

2

20 (1+i) =i i

1

h, E9 2

20 (1i)=i −i

1

h

S =

i −i 1 1

et S1RS =

9 2

20 (1 +i) 0 0 9202(1−i)

!

(35)

C2=i i

1 h⊕i −i 1 h

∀a,b ∈C: a

b

= b−ai 2

i 1

+b+ai 2

−i 1

et R

a b

= b−ai 2

9 10eiπ/4

i 1

+b+ai 2

9 10eiπ/4

−i 1

Rn a

b

= b−ai 2

9 10eiπ/4

n i 1

+b+ai 2

9 10eiπ/4

n

−i 1

(36)

∈ Rn

a b

= xn,1

xn,2

= b−ai 2

9 10eiπ/4

n i 1

+b+ai 2

9 10eiπ/4

n

i 1

.

xn,1 =

b−ai 2

9 10eiπ/4

n

−b+ai 2

9 10eiπ/4

n i

puisque z−z = 2iIm(z), xn,1=

9 10

n

(acos(nπ/4)−bsin(nπ/4))

xn,2 = b−ai 2

9 10eiπ/4

n

+b+ai 2

9 10eiπ/4

n

puisque z+z = 2Re(z), xn,2=

9 10

n

(asin(nπ/4) +bcos(nπ/4))

(37)

R a

b

=aR 1

0

+bR 0

1

(38)

Un dernier exemple dans ,

S =

1 1 0

1 1 −1

1 2 1

A=S

1.1 0 0

0 0.9 0 0 0 0.7

S1 = 1 10

15 −2 −2 8 5 −2

4 0 7

 7/2 1/2 9

=

 1 1 1

+ 5 2

 1 1 2

+ 3

 0

−1 1

(39)

A (7/2,1/2,9)e =E1.1⊕E0.9⊕E0.7

(40)

A (7/2,1/2,9)e =E1.1⊕E0.9⊕E0.7

(41)

A (7/2,1/2,9)e =E1.1⊕E0.9⊕E0.7

(42)

A (7/2,1/2,9)e =E1.1⊕E0.9⊕E0.7

(43)

A (7/2,1/2,9)e =E1.1⊕E0.9⊕E0.7

(44)

A = (S∆S ) =S∆ S avec ∆ = diag(1.1,0.9,0.7) donc,

An =

1 1 0 1 1 −1 1 2 1

1.1n 0 0 0 0.9n 0 0 0 0.7n

3 −1 −1

−2 1 1 1 −1 0

31.1n20.9n 0.9n1.1n 0.9n1.1n

0.7n+ 31.1n20.9n 0.7n+0.9n1.1n 0.9n1.1n 0.7n+ 31.1n40.9n 0.7n1.1n+ 20.9n 1.1n+ 20.9n

!

(45)

a b c d e f g h i

| {z }

S

λn1 0 0 0 λn2 0 0 0 λn3

| {z }

n

=

n1n2n3n1n2 f λn3n1n2n3

S∆nS1 =

n1n2n3n1n2 f λn3n1n2n3

⋆ ⋆ ⋆

⋆ ⋆ ⋆

⋆ ⋆ ⋆

D’une mani`ere g´en´erale, si Aest une matrice diagonalisable r×r, A=S∆S1 o`u ∆ = diag(λ1· · ·λr), alors

[An]i,j = Xr p=1

cp(i,j)λnp

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