Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Densité GLn(K)GL_n(\mathbb{K}) dans Mn(K)M_n(\mathbb{K}).

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Solution

Solution by beignet62 · FR

Soit A∈Mn(K)A\in M_n(\mathbb{K}).

Le nombre de valeurs propres de AA est fini. Ainsi, pour kk suffisamment grand,
1k∉Sp⁡(A).\frac{1}{k}\notin \operatorname{Sp}(A).

Il existe donc k0∈Nk_0\in\mathbb{N} tel que, pour tout k≥k0k\geq k_0,
1k∉Sp⁡(A).\frac{1}{k}\notin\operatorname{Sp}(A).

Par conséquent,
det⁡(A−1kIn)≠0,\det\left(A-\frac{1}{k}I_n\right)\neq0,et donc
uk=A−1kIn∈GLn(K)pour tout k≥k0.u_k=A-\frac{1}{k}I_n\in GL_n(\mathbb{K}) \qquad\text{pour tout }k\geq k_0.

Or,
lim⁡k→+∞uk=lim⁡k→+∞(A−1kIn)=A.\lim_{k\to+\infty}u_k =\lim_{k\to+\infty}\left(A-\frac{1}{k}I_n\right) =A.

Ainsi, toute matrice A∈Mn(K)A\in M_n(\mathbb{K}) est limite d’une suite de matrices inversibles (à partur d’un certain rang).

On en déduit que
GLn(K) est dense dans Mn(K).\boxed{GL_n(\mathbb{K})\text{ est dense dans }M_n(\mathbb{K}).}

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