Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Linear algebraUnreviewed

Déterminant d’une matrice circulante

by Sequoia·
50
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  1. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Soit n>0n>0 un entier et J:=(δi+1,j)1i,jnJ:=(\delta_{i+1,j})_{1\leqslant i,j\leqslant n}, où l’indice ii est considéré modulo nn. On entend par là que JJ vaut la matrice
J:=(01(0)01(0)110).J:=\begin{pmatrix} 0 & 1 & & & (0)\\ & 0 & 1 & & \\ & & \ddots&\ddots & \\ &(0) & & \ddots& 1\\ 1 & & & & 0 \end{pmatrix}.

  1. Soient a0,,ana_0,\dots, a_{n} des complexes et la matrice dite circulante :
    M(a0,,an):=(aji)1i,jn=(a0a1anana0a1a1a1ana0).M(a_0,\dots,a_n):=(a_{j-i})_{1\leqslant i,j\leqslant n}=\begin{pmatrix} a_0 & a_1 & \dots & \dots & a_{n}\\ a_n & a_0 & a_1 & & \vdots \\ \vdots & \ddots & \ddots&\ddots & \vdots \\ \vdots & & \ddots & \ddots& a_1\\ a_1 & \dots & \dots & a_n & a_0 \end{pmatrix}.Ecrire MM comme une fonction de JJ et de ses puissances.

  2. Déterminer toutes les valeurs propres de MM en s’aidant de la question précédente et en déduire la formule
    det(M(a0,,an))=k=1nP(e2ikπ/n),\mathrm{det}(M(a_0,\dots,a_n))=\prod_{k=1}^{n} P(e^{2ik\pi/n}),P(X):=i=0naiXiP(X):=\sum_{i=0}^n a_i X^i.

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