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  • Lemme des noyaux - Théorème de décomposition des noyaux

    Formulaire de report



    Théorème

    Lemme des noyaux, théorème de décomposition des noyaux :
    Soient \(E\) un sous-espace vectoriel sur un corps commutatif \({\Bbb K}\) et \(f\) un endomorphisme de \(E\)
    Si \(P_1,\dots,P_n\in{\Bbb K}[X]\) sont premiers entre eux deux à deux, alors les sous-espaces vectoriels \(V_i=\ker(P_i(f))\) sont en somme directe et $${{\bigoplus^n_{i=1} V_i}}={{\ker\left[\left(\prod^n_{i=1}P_i\right)(f)\right]}}$$ de plus, la projection de la somme directe \(V\) sur \(V_i\) parallèlement à \(\bigoplus_{j\ne i}V_j\) est la restriction d'un polynôme en \(f\)

    Lemme des noyaux :
    • \(E\) est un espace vectoriel sur un corps commutatif \({\Bbb K}\)
    • \(f\) est un endomorphisme de \(E\)
    • \(P_1,\dots,P_n\in{\Bbb K}[X]\) sont des polynômes premiers entre eux deux à deux

    $$\Huge\implies$$
    • les sous-espaces vectoriels \(V_i=\ker(P_i(f))\) sont en somme directe
    • $$\bigoplus^n_{i=1}V_i=\ker\left[\left(\prod^n_{i=1}P_i\right)(f)\right]$$
    • la projection de la somme directe \(V\) sur \(V_i\) parallèlement à \(\bigoplus_{j\ne i}V_j\) est la restriction d'un polynôme en \(f\)

    END

    (Endomorphisme, Noyau - Espace nul (algèbre linéaire))

    Applications

    Le lemme des noyaux sert pour la réduction des endomorphismes
    Soit \(u\) un endomorphisme d'un espace réel \(E\) vérifiant \(u^3=\operatorname{Id}\)
    Justifier que les espaces \(\ker(u-\operatorname{Id})\) et \(\ker(u^2+u+\operatorname{Id})\) sont supplémentaires dans \(E\)

    Hypothèse : polynômes premiers entre eux
    Les polynômes \(X-1\) et \(X^2+X+1\) sont premiers entre eux

    Application du lemme des noyaux \(\to\) supplémentaires dans \(E\)
    Donc d'après le lemme des noyaux : $$\ker[\underbrace{(X-1)(X^2+X+1)(u)}_{=(X^3-1)(u)}]=\ker(u-\operatorname{Id})\oplus\ker(u^2+u+\operatorname{Id})$$

    Application de la définition de \(u\) \(\to\) somme égale à \(E\)
    Puisque \((X^3-1)(u)=0\) par définition de \(u\), on a \(\ker[(X-1)(X^2+X+1)(u)]=\ker(0)=E\)

    Conclusion

    Ainsi, $$E=\ker(u-\operatorname{Id})\oplus\ker(u^2+u+\operatorname{Id})$$