Exercices corrigés de Polytechnique sur le thème « espaces euclidiens », regroupés par filière.
MP–MPI
Montrer, pour {1\le k\le n}, que {\sum\limits_{i=1}^ks_{i,i}\le\sum\limits_{i=1}^k\lambda_i}.
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b) Montrer que {E=\operatorname{Im}p+\ker q+(\operatorname{Im}q\cap\ker p)}.
c) Montrer que {pq} est diagonalisable.
d) Montrer que son spectre est inclus dans {[0,1]}.
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Pour {K\in C}, montrer que {K+J} est inversible et {(K+J)^{-1}(K-J)} symétrique.
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Définir {P} par les trisectrices {(\overrightarrow{BC},\overrightarrow{BP})=b/3} et {(\overrightarrow{CP},\overrightarrow{CB})=c/3}.
Définir {Q} par {(\overrightarrow{AQ},\overrightarrow{AC})=a/3} et {(\overrightarrow{CA},\overrightarrow{CQ})=c/3}, et {R} par {(\overrightarrow{AB},\overrightarrow{AR})=a/3} et {(\overrightarrow{BR},\overrightarrow{BA})=b/3}. On veut montrer que {PQR} est équilatéral.
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Montrer {\operatorname{tr}(AB)\le\sum\limits_{i=1}^na_ib_i}.
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Montrer que c’est une base de vecteurs propres.
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Montrer que {H} est un groupe et déterminer son cardinal.
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Montrer qu’elle est symétrique et {\lVert S_MX\rVert\lt \lVert X\rVert} pour {X\ne0}.
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Donner une condition nécessaire et suffisante pour qu’il existe un polygone régulier à {n} côtés dont tous les sommets appartiennent à {\mathbb{Q}u+\mathbb{Q}v}.
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PSI
Montrer que {\operatorname{tr}A=0} si et seulement s’il existe une matrice orthogonale {P} telle que {PAP^T} soit à diagonale nulle.
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PC
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Pour {A\in O_2(\mathbb{R})}, étudier {k^{-1}\sum\limits_{i=0}^{k-1}A^i}.
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Montrer qu’il existe {r\ge1} et des réels {b_{ik}} tels que {a_{ij}=\sum\limits_{k=1}^r b_{ik}b_{jk}}.
Quelle est la plus petite valeur possible de {r} ?
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Montrer que ses valeurs propres appartiennent à {]0,\pi[} et que la plus petite est au plus {1/(2n+1)}. On pourra montrer que, pour {P\in\mathbb{R}[X]}, {\int_{-1}^1P(t)\,dt+\int_0^\pi P(e^{i\theta})ie^{i\theta}\,d\theta=0}.
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(ii) {X} est de norme minimale parmi les solutions de (i) ; (ii’) {X\perp\ker(A^TA)}.
Montrer (i){\Leftrightarrow}(i’), puis, sous (i), (ii){\Leftrightarrow}(ii’).
Montrer l’existence et l’unicité de ce {X}, noté {BY}, la linéarité de {B} et {\lVert BY\rVert\le\lVert Y\rVert/\sqrt{\lambda_1}}, où {\lambda_1} est la plus petite valeur propre non nulle de {A^TA}.
Montrer qu’il existe des cas d’égalité non triviaux.
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Montrer que {(A^{-1/2})^2=A^{-1}}.
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Montrer l’équivalence de : (i) {f(AA^T)\ge0} pour toute matrice réelle {A} ;
(ii) il existe {B\in\mathcal S_n^+(\mathbb{R})} tel que {f(A)=\operatorname{tr}(AB)} ;
(iii) il existe des vecteurs {X_1,\ldots,X_m} tels que {f(A)=\sum\limits_i X_i^TAX_i}.
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Montrer qu’elle est une combinaison linéaire des formes {\varphi_X(M)=X^{\mathsf T}MX}.
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Montrer que {C(A)\cap C(B)=\mathbb{R}I_n} si et seulement s’il n’existe pas de décomposition {\mathbb{R}^n=F\oplus G} en sous-espaces non nuls stables par {A} et {B}.
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Montrer que celles de {AB} sont strictement supérieures à {1}.
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Montrer que {X} est bornée sur {\mathbb{R}}.
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Montrer {L(X^{\mathsf T}X)\ge L(X^{\mathsf T})L(X)} pour l’ordre des matrices symétriques positives.
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Trouver une base {(e_i)} telle que chaque famille {(Se_i,Te_i)} soit liée. Indication : considérer le produit scalaire de matrice {S+T} et {M=(S+T)^{-1}S}.
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Montrer que, pour tous {s_1,\ldots,s_m,t_1,\ldots,t_m\in\mathbb{R}}, {\sum_{k=1}^m\sum_{\ell=1}^mg(s_k-s_\ell,t_k-t_\ell)\ge0.\qquad(*)}
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Montrer que {f} ne vérifie pas {(*)}.
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Montrer qu’il existe une variable aléatoire réelle {X} telle que {\operatorname{Tr}(Re^{isH})=\mathbb E(e^{isX})} pour tout {s\in\mathbb{R}}.
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