Édition de feuilles d'exercices

[oraux/ex0820] centrale MP 2009 (avec Maple)

On note \(\varphi\) l’indicatrice d’Euler, et on définit trois matrices \(G_n\), \(A_n\), \(F_n\) de \(\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) par : \([G_n]_{i,j}=\mathop{\mathchoice{\hbox{pgcd}}{\hbox{pgcd}}{\mathrm{pgcd}}{\mathrm{pgcd}}}\nolimits(i,j)\) ; \([A_n]_{i,j}=1\) si \(i\mid j\) et 0 sinon ; \(F_n=\mathop{\mathchoice{\hbox{diag}}{\hbox{diag}}{\mathrm{diag}}{\mathrm{diag}}}\nolimits(\varphi(1),\ldots,\varphi(n))\). On note \(D_n\) l’ensemble des diviseurs de \(n\).

1. Soit \(f:\{1,\ldots,n\}\rightarrow D_n\) définie par : \(\forall k\), \(f(k)=\mathop{\mathchoice{\hbox{pgcd}}{\hbox{pgcd}}{\mathrm{pgcd}}{\mathrm{pgcd}}}\nolimits(n,k)\). Montrer que tout \(d\in D_n\) admet exactement \(\varphi(n/d)\) antécédents par \(f\). En déduire que \(\sum\limits_{d\in D_n}\varphi(d)=n\).

2. Définir sous Maple les matrices \(G_n\), \(A_n\), \(F_n\), et vérifier que \(G_n={}^tA_nF_nA_n\).

3. Démontrer l’égalité précédente, et en déduire \(\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits(G_n)\).

4. Déterminer une matrice \(B_n\) triangulaire supérieure à coefficients diagonaux positifs telle que \(G_n={}^tB_nB_n\). Qu’en conclure ?

[planches/ex6889] mines PSI 2021

1. Déterminer la borne inférieure des \(\lambda\in\mathbf{R}_+\) tels que : \[\forall A\in\mathscr{M}_2(\mathbf{R}),\quad\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(A^2)\leqslant\lambda\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(AA^T).\]

2. Déterminer la borne inférieure des \(\lambda\in\mathbf{R}_+\) tels que : \[\forall A\in\mathscr{M}_2(\mathbf{R}),\quad|\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits(A)|\leqslant\lambda\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(AA^T).\]

3. Généraliser ces résultats à \(\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\). Pour le second point, on comparera \(|\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits(A)|^{2/n}\) à \(\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(AA^T)\).

[planches/ex5219] mines PC 2019 Soit \(A=(a_{i,j})_{1\leqslant i,j\leqslant n}\in\mathscr{S}_n(\mathbf{R})\). On suppose que \(\chi_A=\displaystyle\mathop{\prod}\limits_{k=1}^n(X-a_{k,k})\). Montrer que \(A\) est diagonale.

[planches/ex9682] mines MP 2023 Soit \(n\in\mathbf{N}^*\). Calculer \(\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits((i\wedge j)_{1\leqslant i,j\leqslant n})\).

Indication : On rappelle que, pour \(N\in\mathbf{N}^*\), \(N=\displaystyle\sum\limits_{d|N}\varphi(d)\) où \(\varphi\) est l’indicatrice d’Euler.

[planches/ex2019] mines MP 2017 Soit \(n\in\mathbf{N}^*\).

1. Déterminer \(\mathop{\mathchoice{\hbox{min}}{\hbox{min}}{\mathrm{min}}{\mathrm{min}}}\limits\{\lambda\in\mathbf{R},\ \forall A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R}),\ (\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits A)^2\leqslant\lambda\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits{}^tAA\}\).

2. Déterminer \(\mathop{\mathchoice{\hbox{min}}{\hbox{min}}{\mathrm{min}}{\mathrm{min}}}\limits\{\lambda\in\mathbf{R},\ \forall A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R}),\ |\mathop{\mathchoice{\hbox{det}}{\hbox{det}}{\mathrm{det}}{\mathrm{det}}}\nolimits A|^{2/n}\leqslant\lambda\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits{}^tAA\}\).

[planches/ex1458] ens paris MP 2017

1. Un endomorphisme diagonalisable d’un espace euclidien \(E\) est-il diagonalisable en base orthonormée ?

2. Même question pour un endomorphisme trigonalisable.

[planches/ex2028] mines MP 2017 Soit \(n\) dans \(\mathbf{N}^*\). Quel est le minimum de la fonction \(M\in\mathop{\mathchoice{\hbox{SL}}{\hbox{SL}}{\mathrm{SL}}{\mathrm{SL}}}\nolimits_n(\mathbf{R})\longmapsto\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits({}^tMM)\) ?

[planches/ex3926] centrale PSI 2018 Une matrice \(M\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) est orthotrigonalisable s’il existe \(P\in\mathscr{O}(n)\) et \(T\) triangulaire telles que \(M={}^tPDP\). On veut déterminer l’ensemble des matrices orthotrigonalisables.

1. Déterminer les matrices orthotrigonalisables de la forme \(\pmatrix{\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits\theta&-\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\theta\cr\mathop{\mathchoice{\hbox{sin}}{\hbox{sin}}{\mathrm{sin}}{\mathrm{sin}}}\nolimits\theta&\mathop{\mathchoice{\hbox{cos}}{\hbox{cos}}{\mathrm{cos}}{\mathrm{cos}}}\nolimits\theta}\).

2. Soit \(M\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\). Montrer que si le polynôme caractéristique de \(M\) est scindé dans \(\mathbf{R}\), alors \(M\) est orthotrigonalisable. Conclure.

[planches/ex5394] centrale PSI 2019

1. Donner une condition nécessaire et suffisante pour qu’une matrice de \(\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) soit diagonalisable dans une base orthonormale.

2. Une matrice de \(\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) dont le polynôme caractéristique est scindé sur \(\mathbf{R}\) est-elle trigonalisable dans une base orthonormale ?

[oraux/ex3853] mines MP 2011 Montrer que si \(u\) est un endomorphisme trigonalisable d’un espace euclidien alors il existe une base orthonormée trigonalisant \(u\).