Si {x,y,b} sont des éléments de {\mathbb R^n}, avec {n\in\mathbb N^*}, on note {X,Y,B} les matrices colonnes de leurs composantes dans la base canonique.
Pour tout {n\geqslant1}, on munit {\mathbb R^n} de son produit scalaire canonique {(x\mid y)=X^{\mathsf T}Y}, et de la norme associée {\|x\|=\sqrt{(x\mid x)}}.
Exercice 1
Soit {p} l’endomorphisme de {\mathbb R^4} de matrice {M=\frac12\begin{pmatrix}1&0&-1&0\\[4pt]0&1&0&-1\\[4pt]-1&0&1&0\\[4pt]0&-1&0&1\end{pmatrix}}dans la base canonique.
Soit {f} l’endomorphisme de {\mathbb R^3} de matrice {A=\begin{pmatrix}3&2&2\\[4pt]2&2&0\\[4pt]2&0&4\end{pmatrix}}dans la base canonique.
1. On pose {\begin{array}{l}\varepsilon_1=\dfrac13(-2,2,1)\\[4pt]\varepsilon_2=\dfrac13(1,2,-2)\\[4pt]\varepsilon_3=\dfrac13(-2,-1,-2)\end{array}}Montrer que {(\varepsilon_1,\varepsilon_2,\varepsilon_3)} est une base orthonormale de {\mathbb R^3} dans laquelle la matrice de {f} est diagonale.
Soit {f} une application linéaire de {\mathbb R^p} dans {\mathbb R^n}, de matrice {A} dans les bases canoniques. Soit {b\in\mathbb R^n}.
On considère l’équation {(E):f(x)=b}, où {x\in\mathbb R^p} est inconnu. Elle équivaut au système {(S):AX=B}, où {B\in\mathcal M_{n,1}(\mathbb R)} est donné et {X\in\mathcal M_{p,1}(\mathbb R)} est cherché.
1. Montrer que l’ensemble des solutions de {(E)} est soit vide, soit un sous-espace affine de {\mathbb R^p} dont on précisera la direction.
2. Montrer qu’il existe au moins un {x_0\in\mathbb R^p} tel que {\|b-f(x_0)\|=\min_{x\in\mathbb R^p}\|b-f(x)\|}Indication : utiliser la projection vectorielle orthogonale de {\mathbb R^n} sur {\operatorname{Im}f}.
On dira alors que {x_0} est une pseudo-solution de {(E)}.