Édition de feuilles d'exercices

[oraux/ex0817] centrale MP 2009 (avec Maple)

On dit qu’une matrice \(M=(m_{i,j})_{1\leqslant i,j\leqslant n}\) de \(\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) vérifie la propriété \(\mathscr{P}\) si et seulement si le polynôme caractéristique de \(M\) est égal à \(\mathop{\prod}\limits_{i=1}^n(X-m_{i,,i})\).

1. Trouver les matrices de \(\mathscr{M}_2(\mathbf{R})\) vérifiant \(\mathscr{P}\).

2. Si \(M\in\mathscr{S}_n(\mathbf{R})\), comparer la somme des carrés des termes diagonaux de \(M\) et la somme des carrés des valeurs propres de \(M\) comptées avec multiplicités. En déduire les matrices symétriques réelles vérifiant \(\mathscr{P}\).

3. Trouver les matrices antisymétriques réelles vérifiant \(\mathscr{P}\).

[oraux/ex0901] mines PSI 2010 Soit \(S\in\mathscr{S}_n(\mathbf{R})\). On note \(\lambda_1\leqslant\lambda_2\leqslant\ldots\leqslant\lambda_n\) ses valeurs propres. On appelle \(\Omega\) l’ensemble des matrices orthogonalement semblables à \(S\).

1. Soit \(A=(a_{i,j})_{1\leqslant i,j\leqslant n}\in\Omega\). Montrer que : \(\forall k\in\{1,\ldots,n\}\), \(a_{k,k}\in[\lambda_1,\lambda_k]\).

2. Soit \(g:\mathbf{R}\rightarrow\mathbf{R}\) une fonction convexe. Montrer : \[\mathop{\mathchoice{\hbox{max}}{\hbox{max}}{\mathrm{max}}{\mathrm{max}}}\limits\left\{\sum\limits_{k=1}^ng(a_{k,k}),\ A=(a_{i,j})_{1\leqslant i,j\leqslant n}\in\Omega\right\}=\sum\limits_{k=1}^ng(\lambda_k).\]

3. Soient \((E,\langle\ ,\ \rangle)\) un espace euclidien et \(\mathscr{S}(E)\) l’espace vectoriel des endomorphismes symétriques de \(E\). Pour \(u\in\mathscr{S}(E)\) et \(f:\mathbf{R}\rightarrow\mathbf{R}\) convexe, on note \(f(u)=\displaystyle\sum\limits_{\lambda\in\mathop{\mathchoice{\hbox{Sp}}{\hbox{Sp}}{\mathrm{Sp}}{\mathrm{Sp}}}\nolimits(u)}f(\lambda)p_{\lambda,u}\) où \(p_{\lambda,u}\) est le projecteur orthogonal sur \(\mathop{\mathchoice{\hbox{ker}}{\hbox{ker}}{\mathrm{ker}}{\mathrm{ker}}}\nolimits(u-\lambda\mathchoice{\hbox{Id}}{\hbox{Id}}{\mathrm{Id}}{\mathrm{Id}})\). Montrer que \(u\mapsto\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits\left(\vphantom{|_|}f(u)\right)\) est convexe sur \(\mathscr{S}(E)\).

[oraux/ex0430] centrale 2004 Soient \((E,\langle\ ,\ \rangle)\) un espace euclidien et \(s\) un endomorphisme symétrique de \(E\).

1. Calculer \(\mathop{\mathchoice{\hbox{sup}}{\hbox{sup}}{\mathrm{sup}}{\mathrm{sup}}}\limits\{\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(us),\ u\in\mathscr{O}(E)\}\).

2. Calculer \(\mathop{\mathchoice{\hbox{sup}}{\hbox{sup}}{\mathrm{sup}}{\mathrm{sup}}}\limits\{\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(us),\ u\in\mathop{\mathchoice{\hbox{SO}}{\hbox{SO}}{\mathrm{SO}}{\mathrm{SO}}}\nolimits(E)\}\).

[oraux/ex7858] polytechnique MP 2013 Soient \(n\) dans \(\mathbf{N}^*\), \(a_1\), … , \(a_n\), \(b_1\), … , \(b_n\) des réels tels que \(a_1\geqslant a_2\geqslant\cdots\geqslant a_n\geqslant 0\) et \(b_1\geqslant b_2\geqslant\cdots\geqslant b_n\geqslant 0\).

1. Soit \(S\) l’application de \(\mathfrak{S}_n\) dans \(\mathbf{R}\) qui à \(\sigma\) associe \(S(\sigma)=\displaystyle\sum\limits_{k=1}^na_kb_{\sigma(k)}\). Déterminer le maximum et le minimum de \(S\).

2. Soient \(A\) et \(B\) deux matrices diagonales dont les termes diagonaux sont, respectivement et dans cet ordre \(a_1\), … , \(a_n\) et \(b_1\), … , \(b_n\). Pour \(U\) dans \(\mathop{\mathchoice{\hbox{SO}}{\hbox{SO}}{\mathrm{SO}}{\mathrm{SO}}}\nolimits_n(\mathbf{R})\), on pose \(f(U)=\mathop{\mathchoice{\hbox{tr}}{\hbox{tr}}{\mathrm{tr}}{\mathrm{tr}}}\nolimits(AUBU^{-1})\). Déterminer le maximum de \(f\).

3. Soient \(A_1\), … , \(A_n\), \(B_1\), … , \(B_n\) des points distincts du plan. Existe-t-il une permutation \(\sigma\) de \([[1,n]]\) telle que \(\forall(i,j)\), \(i\neq j\Rightarrow[A_iB_{\sigma(i)}]\cap[A_jB_{\sigma(j)}]=\varnothing\) ?

[oraux/ex4191] centrale MP 2011 (avec Maple)

1. Soit \(A\in\mathscr{M}_2(\mathbf{R})\). Montrer qu’il existe une matrice de rotation \(O\) telle que \({}^tOAO\) ait ses coefficients diagonaux égaux. Donner avec Maple l’angle de la rotation en fonction des coefficients de \(A\).

2. Pour \(A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\), on pose \(f(A)=\mathop{\mathchoice{\hbox{sup}}{\hbox{sup}}{\mathrm{sup}}{\mathrm{sup}}}\limits_{1\leqslant i,j\leqslant n}|A(i,i)-A(j,j)|\). Soit \(A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\). Montrer que l’ensemble \(\{ {}^tOAO,\ O\in\mathscr{O}_n(\mathbf{R})\}\) est compact. En déduire que \(f\) réalise son minimum sur cet ensemble.

3. Soit \(A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\) telle que \(f(A)\) soit non nul, et \(i\), \(j\) tels que \(f(A)=|A(i,i)-A(j,j)|\). Montrer qu’il existe \(A'\) orthogonalement semblable à \(A\) telle que \(A'(i,i)=A'(j,j)\) et telle que, pour tout \(k\) différent de \(i\) et de \(j\), on ait \(A'(k,k)=A(k,k)\) et \(|A'(k,k)-A'(i,i)|<f(A)\).

4. En déduire que, si \(A\in\mathscr{M}_n(\mathbf{R})\), il existe \(B\) orthogonalement semblable à \(A\) dont les coefficients diagonaux sont égaux.