On ne peut pas espérer que SA soit symétrique ou antisymétrique : en général (SA)T=ATST=−AS=±SA. L’idée est de répartir symétriquement le facteur S de part et d’autre de A, en utilisant sa racine carrée.
Le théorème spectral fournit P∈On(R) et D=diag(λ1,…,λn) avec S=PDPT. Comme S est définie positive, tous les λi sont strictement positifs, et l’on peut poser R=Pdiag(λ1,…,λn)PT.Alors R est symétrique, inversible (ses valeurs propres λi sont non nulles) et vérifie R2=S.
Posons B=RAR. Comme R2=S, il vient RBR−1=R(RAR)R−1=R2A=SA, donc SA est semblable à B. Il suffit désormais de montrer que B est diagonalisable sur C.
En utilisant RT=R et AT=−A on obtient BT=(RAR)T=RTATRT=R(−A)R=−B.
Posons H=iB et calculons son adjointe. La matrice B étant à coefficients réels, B=B, donc H∗=iBT=−iBT=−i(−B)=iB=H. Ainsi H est hermitienne*, donc diagonalisable dans une base orthonormée de Cn, à valeurs propres réelles. Par conséquent B=−iH est diagonalisable sur C, à valeurs propres imaginaires pures. SA est semblable à B, qui est diagonalisable sur C. Donc SA est diagonalisable sur C, et son spectre est contenu dans iR. ■
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