Trouver les telles que, pour tout est nulle ou bien inversible.
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Montrons que ce sont les matrices dont le polynôme minimal est irréductible sur , c’est-à-dire, compte tenu de la classification des irréductibles réels :
Dans le second cas, est semblable à une matrice diagonale par blocs formée de copies du bloc ; en particulier est pair.
Notons le polynôme minimal de . Pour ,
La condition de l’énoncé s’écrit donc : dès que , la matrice est inversible.
Supposons réductible : avec .
Alors , par minimalité de . Et n’est pas inversible : sinon, de
on tirerait , contredisant . La matrice est donc non nulle et non inversible : ne convient pas.
Supposons irréductible et soit avec , c’est-à-dire . L’irréductibilité de entraîne
les seuls diviseurs unitaires de étant et lui-même. Le théorème de Bézout fournit tels que
En évaluant en et en utilisant :
Donc est inversible, d’inverse .
Donnons une description explicite.
Un polynôme irréductible de est de degré ou .
Si , alors . Réciproquement, toute matrice scalaire convient : est nulle si , inversible sinon.
Si avec , ce polynôme est scindé à racines simples sur , de racines . La matrice est donc diagonalisable sur , de spectre ; étant réelle, les deux valeurs propres ont même multiplicité , et la réduction des endomorphismes réels sans valeur propre réelle donne la forme par blocs annoncée.
