Énoncés
- Déterminer un vecteur u non nul de P1 ∩ P2.
- Déterminer un vecteur v non nul orthogonal à u dans P1.
- Déterminer un vecteur non nul orthogonal à u et v.
- Montrer que les vecteurs u = (2 ; −1 ; −2) et v = (1, −2, 2) sont orthogonaux.
- En déduire une base orthonormée ℬ pour F = Vect(u, v).
- Déterminer une base de F⊥ et en déduire une base orthonormée de R3 qui prolonge ℬ.
ENS 2016 exercice 2 question 1
Pour tout x = (x1, … , xn) ∈ Rn
et y = (y1, … , yn) ∈ Rn,
on pose
φ(x, y) = ∑i=1n xiyi.
- Montrer que pour tout x ∈ Rn on a φ(x, x) ≥ 0.
- Déterminer tous les vecteurs x ∈ Rn tels que φ(x, x) = 0.
- Soit x ∈ Rn. On suppose que pour tout y ∈ Rn, φ(x, y) = 0. Montrer que x = 0.
- Montrer que la relation de perpendicularité est symétrique.
- Montrer qu’il existe un unique plan vectoriel perpendiculaire aux plans d’équations respectives 5x − 4y + z = 0 et 3x + 2y − 2z = 0.
Problèmes
- Déterminer une base orthonormée de F⊥.
- Calculer la matrice représentative de la projection orthogonale sur F⊥.
- Montrer que la somme des projections orthogonales sur F et sur F⊥ est égale à l’identité.
En déduire la matrice représentative de la projection orthogonale sur F. - Calculer la distance du vecteur (1 ; 1 ; 1 ; 1) à l’espace F.
- Montrer que u ∧ v est un vecteur orthogonal à u et à v.
- Montrer que l’application v ↦ u ∧ v est linéaire.
- On pose u = (2 ; 3 ; −6). Montrer que l’application v ↦ u ∧ v n’est pas diagonalisable mais que v ↦ u ∧ (u ∧ v) l’est. Préciser les valeurs propres et espaces propres associés.
- Justifier l’égalité G = MTM où M est la matrice représentative de (u1, … , up).
- En déduire que rg(G) = rg(u1, … , up).
- Montrer que toutes les valeurs propres de G sont positives.
HEC 2019 exercice 3
Cas particulier
On pose u = (1, 0, 1) et v = (1, 1, −1) et on considère l’application f définie sur R3 par f(x) = ⟨x, v⟩u + ⟨x, u⟩v.
- Vérifier que u et v sont orthogonaux.
- Calculer ∥u∥ et ∥v∥.
- Écrire la matrice A représentant l’endomorphisme f dans la base canonique.
- Déterminer une basede Ker(f).
- Calculer les images par f de w1
= √3u + √2v
et w2
= −√3u + √2v.
En déduire deux valeurs propres distinctes non nulles de f. - Justifier que l’endomorphisme f est diagonalisable.
Cas général
Soient u et v deux vecteurs orthogonaux dans Rn avec n ⩾ 3. On note F le sous-espace vectoriel engendré par u et v et on considère l’application f définie sur Rn par f(x) = ⟨x, v⟩u + ⟨x, u⟩v.
- Montrer que f est un endomorphisme de Rn.
- Montrer que (u, v) est une base de F.
- Montrer que Ker(f) = F⊥.
- En déduire les dimensions respectives de Ker(f) et Im(f).
- Montrer que Im(f) = F.
- Soit w ∈ Rn un vecteur propre de f associé à une valeur propre λ ≠ 0. Montrer w ∈ Im(f).
- Donner toutes les valeurs propres de f ainsi que la dimension des sous-espaces propres associés.
- Justifier que f est diagonalisable.
ENS 2019 planche 4 exercice 2
- Soit u ∈ Rd tel que ∥u∥ = 1. On note pu la projection orthogonale sur la droite vectorielle engendrée par u. Montrer que pour tout x ∈ Rd on a pu(x) = ⟨x, u⟩·u.
- Calculer ℐ(ℱu) = 1n ∑i=1n ∥pu(xi)∥2.
- Montrer qu’il existe un endomorphisme f sur Rd tel que pour tout vecteur u unitaire, on ait ℐ(ℱu) = ⟨u, f(u)⟩.
- En admettant qu’un tel endomorphisme f admette une base orthonormée de vecteurs propres, montrer que maxu∈Rd, ∥u∥=1 ℐ(ℱu) est la plus grande des valeurs propres. Pour quel vecteur ce maximum est-il atteint ?