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  • Critère de Sylvester

    Formulaire de report


    Théorème

    Théorème (critère de Sylvester) :
    Une forme quadratique \(Q\) sur l'espace \(E\) de dimension finie est positive (i.e. \(\forall u\in E_*,Q(u)\gt 0\)) si et seulement si tous les mineurs principaux de la forme bilinéaire polaire \(\sigma\) sont strictement positifs

    (Forme quadratique, Mineur, Forme quadratique (Forme polaire))
    Critère de Sylvester :
    • \(Q\) est une forme quadratique sur un espace \(E\)
    • \(E\) est de dimension finie
    • tous les mineurs \(\delta_i\) de la forme bilinéaire polaire \(\sigma\) de \(Q\) sont strictement positifs

    $$\Huge\iff$$
    • \(Q\) est positive :$$\forall u\in E_*,\qquad Q(u)\gt 0$$


    Remarque :
    Les mineurs \(\delta_i\) sont définis pour tout base \(\{e_1,\dots,e_n\}\) de \({\Bbb R}^n=E\), pas forcément orthonormée
    Si \(\forall i\in\{1,\dots,n\},\delta_i\ne0\), par le théorème de Gram-Schmidt, il existe une base de Gram-Schmidt \(v_1,\dots,v_n\) dans laquelle la matrice est \(\begin{pmatrix} Q(v_1)\\ &\ddots\\ &&Q(v_n)\end{pmatrix}\)

    Montrer qu'une forme quadratique \(Q\) sur l'espace \(E\) de dimension finie est positive (i.e. \(\forall u\in E_*,Q(u)\gt 0\)) si et seulement si tous les mineurs principaux de la forme bilinéaire polaire \(\sigma\) sont positifs
    (critère de Sylvester)

    Application du lemme de Jacobi
    Si \(\delta_i\gt 0\) pour \(i=1,\ldots,n\), alors par le lemme de Jacobi, \(p=0\) car \(\delta_i\) ne change pas de signe

    Donc les \(Q(e_i)\) sont positifs
    Donc, pour toute base orthonormée \(\{e_1,\dots,e_n\}\) de \(E\), $$Q(e_i)=\frac{\delta_i}{\delta_{i-1}}\gt 0$$

    Donc \(Q\) est positive pour tout vecteur \(v\)

    Et donc $$\forall v\in E,Q(v)=\sum^n_{i=1}\lambda_i^2Q(e_i)\underset{\text{si }v\ne0}\gt 0$$
    Et donc si et seulement si \(Q\) est positive sur \(E\)

    (Principe de Jacobi)



  • Rétroliens :
    • Inégalité de Cauchy-Schwarz