Édition de feuilles d'exercices

[examen/ex4144] imt PSI 2025 On considère \(A=\pmatrix{-1&4&0\cr0&1&0\cr1&0&3}\).

1. Déterminer le spectre de \(A\). Montrer que \(A\) est semblable à une matrice diagonale \(D\) que l’on explicitera.

2. Montrer que toute matrice commutant avec \(D\) est une matrice diagonale.

3. Soit \(P(X)=X^7+X+1\). Identifier les matrices \(M\) telles que \(P(M)=A\).

[concours/ex6668] escp S 2008 Soit \(a\) un réel non nul. Soit \(A\) la matrice de \({\cal M}_3(\mathbb{R})\) définie par : \[A=\left(\begin{array}{ccc} 0 & 0 & a\cr a & a & a\cr a & 0 & 0 \end{array}\right)\]

1. Déterminer les éléments propres de \(A\). La matrice \(A\) est-elle diagonalisable ?

2. On considère l’équation d’inconnue \(X\), \((\star)\) : \(X^n=A\), où \(n\) est un entier supérieur ou égal à \(2\) et \(X\) un élément de \({\cal M}_3(\mathbb{R})\).

   1. Soit \(X\) une solution éventuelle de \((\star)\).

      1. Montrer que \(XA=AX\).

      2. En déduire que tout vecteur propre de \(A\) est vecteur propre de \(X\).

   2. Montrer que \((\star)\) n’a pas de solution lorsque \(n\) est un entier pair.

3. Soit \(n\) un entier impair et \((e_1,e_2,e_3)\) la base canonique de \(\mathbb{R}^3\).

   1. Montrer que \({\cal B}=(e_1, e_2, e_1-e_3)\) est une base de \(\mathbb{R}^3\).

   2. Soit \(X\) une solution de \((\star)\) et \(u\) l’endomorphisme de \(\mathbb{R}^3\) canoniquement associé à \(X\). Montrer qu’il existe \((\alpha, \beta, \gamma)\) tels que la matrice associée à \(u\) relativement à la base \({\cal B}\), soit : \[\left(\begin{array}{ccc} \alpha & 0 & 0 \cr \gamma & \alpha & 0\cr {\beta-\alpha\over 2} & 0 & \beta \end{array}\right)\]

   3. Résoudre l’équation \((\star)\) lorsque \(n\) est un entier impair.

[oraux/ex8653] ccp PC 2016 On pose \(A=\pmatrix{2&1&-4\cr0&1&-2\cr1&1&-3}\), \(B=\pmatrix{1&1&-2\cr2&2&-4\cr1&1&-2}\).

1. Calculer \(A^2\), \(A^3\). En déduire une expression de \(A^n\) pour tout \(n\in\mathbf{N}\).

2. Calculer les valeurs propres de \(A\). Est-elle diagonalisable ?

3. Montrer que les vecteurs propres de \(A\) sont aussi des vecteurs propres de \(B\). La matrice \(B\) est-elle diagonalisable ?

4. Soient \((x,y)\in\mathbf{R}^2\) et \(M(x,y)=xA+yB\). Montrer que \(M(x,y)\) est diagonalisable et donner l’expression de \((M(x,y))^n\) pour tout \(n\in\mathbf{N}\).

[oraux/ex6402] hec E 2013

1. Question de cours : condition suffisante de diagonalisabilité d’une matrice.

   Soit \(A\) la matrice de \(\mathscr{M}_3(\mathbf{R})\) définie par : \(A=\pmatrix{0&1&0\cr0&0&1\cr-2&1&2}\).

2. 1. Soit \(\lambda\in\mathbf{R}\). Montrer que le système \(AX=\lambda X\) d’inconnue \(X\in\mathscr{M}_{3,1}(\mathbf{R})\) possède des solutions non nulles si et seulement si \((\lambda^2-1)(\lambda-2)=0\). Donner alors les solutions de ce système.

   2. En déduire une matrice inversible \(P\) et une matrice diagonale \(D\) telles que \(A=PDP^{-1}\).

3. Soit \((x_n)_{n\in\mathbf{N}}\) une suite réelle définie par : pour tout \(n\in\mathbf{N}\), \(x_{n+3}=2x_{n+2}+x_{n+1}-2x_n\).

   On pose pour tout \(n\in\mathbf{N}\) : \(X_n=\pmatrix{x_n\cr x_{n+1}\cr x_{n+2}}\) et \(Y_n=P^{-1}X_n\).

   1. Quelle relation a-t-on entre \(X_{n+1}\), \(X_n\) et \(A\) ?

   2. En déduire l’expression de \(Y_n\) en fonction de \(n\), \(D\) et \(Y_0\).

   3. Donner une condition nécessaire et suffisante sur \(x_0\), \(x_1\) et \(x_2\) pour que la suite \((x_n)_{n\in\mathbf{N}}\) soit convergente (respectivement, pour que la série \(\displaystyle\sum\limits_{n\geqslant 0}x_n\) soit convergente).

4. On pose \(B=\pmatrix{5&0&-2\cr4&3&-4\cr8&0&-5}\) et pour tout \((a,b)\in\mathbf{R}^2\), \(M(a,b)=\pmatrix{5b&a&2b\cr4b&3b&a-4b\cr-2a+8b&a&2a-5b}\).

   1. Montrer que tout vecteur propre de \(A\) est vecteur propre de \(B\). La réciproque est-elle vraie ?

   2. En déduire que \(M(a,b)\) est diagonalisable et préciser ses valeurs propres.

   3. Déterminer les couples \((a,b)\in\mathbf{R}^2\) pour lesquels la suite \(\left(\vphantom{|_|}\smash{M(a,b)^n}\right)_{n\in\mathbf{N}}\) converge vers la matrice nulle, c’est-à-dire que chacun de ses neuf coefficients est le terme général d’une suite tendant vers 0.

[examen/ex0741] ccinp PSI 2023 Soient le système : \[\cases{u_{n+1}=u_n-2v_n-w_n\cr v_{n+1}=-u_n+v_n-w_n\cr w_{n+1}=-u_n-2v_n+w_n}\quad\hbox{et}\quad X_n=\pmatrix{u_n\cr v_n\cr w_n}.\]

1. Trouver \(A\) telle que \(X_{n+1}=AX_n\). Exprimer \(X_n\) en fonction de \(X_0\) et \(A\).

2. La matrice \(A\) est-t-elle diagonalisable ? Trouver une matrice \(P\) telle que \(P^{-1}AP\) est triangulaire supérieure.

3. Exprimer \(u_n\), \(v_n\) et \(w_n\) en fonction de \(n\).