Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Linear algebraReviewed

Matrice de rang pair

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32
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  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 AMn(R)A \in \mathcal{M}_n(\mathbb{R}) vérifiant A3=A2AA^3=A^2-A. Montrer que rg(A)\operatorname{rg}(A) est pair.

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Le polynôme P=X3X2+X=X(X2X+1)P=X^{3}-X^{2}+X=X(X^{2}-X+1) annule AA. Ses racines complexes sont
0,j=eiπ/3=1+i32,j=eiπ/3,0,\qquad j'=e^{i\pi/3}=\frac{1+i\sqrt3}{2},\qquad \overline{j'}=e^{-i\pi/3},deux à deux distinctes : PP est scindé à racines simples sur C\mathbb{C}, donc AA est diagonalisable sur C\mathbb{C}.
Notons m0,m+,mm_0,m_+,m_- les multiplicités respectives de 00, jj' et j\overline{j'}. La matrice AA étant réelle, χAR[X]\chi_A\in\mathbb{R}[X] et ses racines non réelles sont conjuguées avec la même multiplicité : m+=mm_+=m_-.
Comme AA est diagonalisable, le rang est le nombre de valeurs propres non nulles comptées avec multiplicité :
rg(A)=m++m=2m+,\operatorname{rg}(A)=m_++m_-=2m_+ ,qui est pair. \blacksquare

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