Édition de feuilles d'exercices

[concours/ex0028] polytechnique MP 1996 Soit \(S=(a_{ij})\) une matrice symétrique réelle dont tous les mineurs principaux sont non nuls. Montrer qu’il existe une matrice \(T\) triangulaire supérieure avec des \(1\) sur la diagonale et une matrice diagonale \(\Delta\) telle que \(S={}^tT\Delta T\) et calculer les termes de \(\Delta\).

Indication : traiter le cas d’une matrice \((2,2)\) puis le cas général.

[oraux/ex0490] polytechnique PC 2005 Soient \(u\) un vecteur unitaire de l’espace euclidien \(\mathbf{R}^n\) et \(P_u\) le projecteur orthogonal sur \(\mathop{\mathchoice{\hbox{Vect}}{\hbox{Vect}}{\mathrm{Vect}}{\mathrm{Vect}}}\nolimits(u)\).

1. Montrer que \(P_u\) est symétrique positif et que \(\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(P_u)=1\).

2. Soit \(A\in\mathscr{L}(\mathbf{R}^n)\). Calculer \(\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(AP_u)\).

3. Soient \(A\in\mathscr{S}^+(\mathbf{R}^n)\) telle que \(\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits A=1\) et \(x\in\mathbf{R}^n\) unitaire. Montrer que \(\langle x,Ax\rangle\in[0,1]\).

4. Soient \(A\), \(B\in\mathscr{S}^+(\mathbf{R}^n)\) telles que \(\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits A=\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits B=1\), et \(c\in\left]0,1\right[\) tel que \(P_u=cA+(1-c)B\). Montrer que \(A=B=P_u\).

[oraux/ex8165] centrale MP 2015

1. Soit \(G\) un groupe fini et \(g\in G\). Montrer que \(x\mapsto xg\) est une bijection de \(G\) dans lui-même.

2. Soit \(U\) une partie de \(\mathscr{M}_n(\mathbf{C})\) irréductible, c’est-à-dire telle que les seuls sous-espaces vectoriels de \(\mathbf{C}^n\) stables par tous les éléments de \(U\) soient \(\{0\}\) et \(\mathbf{C}^n\). Soit \(M\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) telle que : \(\forall A\in U\), \(\exists B\in\mathscr{M}_n(\mathbf{C})\), \(MA=BM\). Montrer que \(M\) est nulle ou inversible.

3. Soient \(G\) un groupe fini, \(\phi_1\) et \(\phi_2\) deux morphismes de groupes de \(G\) dans \(\mathscr{O}_n(\mathbf{R})\) tels que \(\phi_1(G)\) et \(\phi_2(G)\) soient irréductibles. Soit \(M\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\). Appliquer ce qui précède à \(P=\displaystyle\sum\limits_{g\in G}\phi_2(g)^{-1}M\phi_1(g)\). Que dire de \(\displaystyle\sum\limits_{g\in G}\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(\phi_2(g)^{-1})\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(\phi_1(g))\) ?

[oraux/ex0483] polytechnique MP 2005 Soit \(E\) un espace vectoriel réel de dimension finie muni d’une base \(\mathscr{B}\).

1. Soit \(\varphi\) et \(\psi\) des formes bilinéaires symétriques positives sur \(E\). Montrer que si, pour tout \(x\in E\), \(\varphi(x,x)\leqslant\psi(x,x)\) alors \(\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits_\mathscr{B}\varphi\leqslant\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits_\mathscr{B}\psi\).

2. Soit \(\varphi\) une forme bilinéaire symétrique positive sur \(E\). On pose, pour \((z_1,\ldots,z_m)\in E^m\) : \(G(z_1,\ldots,z_m)=\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits(\varphi(z_i,z_j))_{1\leqslant i,j\leqslant m}\). Soit \((x_1,\ldots,x_p,y_1,\ldots,y_q)\in E^{p+q}\). Montrer que \[G(x_1,\ldots,x_p,y_1,\ldots,y_q)\leqslant G(x_1,\ldots,x_p)G(y_1,\ldots,y_q).\]

[oraux/ex6649] ens lyon MP 2013 On fixe \(p\) un nombre premier impair. On admet que le groupe multiplicatif \((\mathbf{Z}/p\mathbf{Z})^*\) est cyclique. On note \(E\) le \(\mathbf{C}\)-espace vectoriel des fonctions de \(\mathbf{Z}/p\mathbf{Z}\) dans \(\mathbf{C}\). On munit \(E\) du produit hermitien défini par \((f,g)\mapsto\displaystyle\sum\limits_{x\in\mathbf{Z}/p\mathbf{Z}}\overline{f(x)}g(x)\). On choisit un générateur \(y\) de \((\mathbf{Z}/p\mathbf{Z})^*\). Pour \(j\) dans \(\{0,\ldots,p-2\}\), on définit \(\chi_j\in E\) par \(\chi_j(0)=0\) et \(\chi_j(y^s)=e^{i\textstyle{2\pi js\over p-1}}\) pour tout \(s\in\{0,\ldots,p-2\}\).

1. Montrer que \(\chi_j\) induit un morphisme de groupes de \((\mathbf{Z}/p\mathbf{Z})^*\) dans \(\mathbf{C}^*\).

2. Pour \(j\in\{0,\ldots,p-2\}\), calculer \(\displaystyle\sum\limits_{x\in\mathbf{Z}/p\mathbf{Z}}\chi_j(x)\).

3. Que vaut \(\chi_j(-1)\) ?

4. On note \(e_0\) l’élément de \(E\) défini par \(x\mapsto\delta_{x,0}\). Trouver un complexe \(\lambda\) tel que : \((e_0,\lambda\chi_0,\lambda\chi_2,\ldots,\lambda\chi_{p-2})\) soit une base orthonormée de \(E\).

5. On fixe un générateur \(\zeta\) du groupe des racines \(p\)-ièmes de l’unité. On note \(\Phi\) l’endomorphisme de \(\mathbf{C}^n\) représenté dans la base canonique par la matrice \((\zeta^{(i-1)(j-1)})_{1\leqslant i,j\leqslant p}\). Calculer \(\Phi^2\), déterminer ses éléments propres. Calculer \(\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits\Phi\).

[concours/ex3317] centrale M 1993 Soit \(E\) un espace euclidien de dimension \(n\). On considère \(n\) vecteurs \(u_1\), … , \(u_n\) de \(E\) et on note \(G\) la matrice \(\left((u_i\mid u_j)\right)\). Montrer l’équivalence des deux conditions suivantes :

1. il existe un projecteur orthogonal \(p\) et une base orthonormale \((e_i)\) tels que \(p(e_i)=u_i\) pour tout \(i\) de \(\{1,\ldots,n\}\) ;

2. \(\mathop{\mathchoice{\hbox{Sp}}{\hbox{Sp}}{\mathrm{Sp}}{\mathrm{Sp}}}\nolimits G\subset\{0,1\}\).

[planches/ex5863] polytechnique MP 2020 Soient \(M\in\mathscr{S}_n(\mathbf{R})\), \(P\in\mathscr{O}_n(\mathbf{R})\) et \(D=\mathop{\mathchoice{\hbox{diag}}{\hbox{diag}}{\mathrm{diag}}{\mathrm{diag}}}\nolimits(\lambda_1,\ldots,\lambda_n)\) telles que \(M=P^{-1}DP\). Pour \(j\in\{1,\ldots,n\}\), on note \(M_j\) la sous-matrice de \(M\) obtenue en retirant les \(j\)-èmes ligne et colonne, et \(\lambda_1(M_j)\), … , \(\lambda_{n-1}(M_j)\) ses valeurs propres.

Montrer que pour tout \((i,j)\in\{1,\ldots,n\}^2\), \[p_{i,j}^2\mathop{\prod}\limits_{k\in\{1,\ldots,n\}\setminus\{j\}}(\lambda_j-\lambda_k)=\mathop{\prod}\limits_{\ell=1}^{n-1}(\lambda_j-\lambda_\ell(M_i)).\]

[oraux/ex0929] centrale PC 2010 Soit \(A\in\mathscr{S}_n(\mathbf{R})\). On cherche à écrire \(A={}^tLL\) où \(L\) est triangulaire inférieure à coefficients diagonaux strictement positifs.

1. Étudier l’existence de \(L\) pour \(A=\left(\begin{array}{cc}8&5\\5&4\end{array}\right)\), \(A=\left(\begin{array}{cc}4&6\\6&1\end{array}\right)\), \(A=\left(\begin{array}{cccc}1&2&3&4\\2&4&10&12\\3&10&25&14\\ 4&12&14&35\end{array}\right)\).

2. Trouver une relation entre \(\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits A\) et \(\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits L\).

3. Si \(L\) existe, montrer que : \(\forall i\in\{1,\ldots,n\}\), \(a_{i,,i}>0\). Est-ce suffisant ?

[concours/ex5247] ens MP 2007 Soit \(S\in\mathscr{S}_n(\mathbf{R})\). Donner une condition nécessaire et suffisante sur \(S\) pour qu’il existe \(A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) antisymétrique telle que \(SA\) soit orthogonale.

[oraux/ex0635] ens lyon PC 2008 On se place dans \(\mathbf{R}^{2n}\) muni du produit scalaire canonique. Soit \(E\) le sous-espace vectoriel engendré par les \(n\) premiers vecteurs de la base canonique. On appelle \(\pi\) la projection orthogonale sur \(E\). Soit \(\varphi\in\mathscr{L}(E)\) telle que \(\forall x\in E\), \(\|\varphi(x)\|\leqslant\|x\|\). Montrer qu’il existe \(\sigma\in\mathscr{O}(\mathbf{R}^{2n})\) tel que \(\varphi=\pi\mathbin{\circ}\sigma_{|E}\).