La réponse est oui et on va le prouver en déterminant directement une base de vecteurs propres. Tout d’abord, pour un polynôme P∈Cn−1[X] on a φA(P)=R où
PA=(Xn−1)Q+Rest la division euclidienne de PA par Xn−1. Pour obtenir des informations sur R on peut se demander en quoi évaluer l’expression pour éliminer le terme (Xn−1)Q. Les racines de l’unité étant les racines de Xn−1 on peut s’y intéresser. On pose ζ=exp(in2π) de sorte que Un={ζk∣0⩽k⩽n−1}. En évaluant en ζk on a P(ζ)A(ζ)=R(ζ). On introduit la base d’interpolation de Lagrange en interpolant en Un, c’est-à-dire on pose la famille (Lk)0⩽k⩽n−1 définie par Lk=j=0j=k∏n−1ζk−ζjX−ζj qui vérifie Lk(ζi)=δik et qui est une base de Cn−1[X]. On rappelle qu’un polynôme B∈Cn−1[X] quelconque s’écrit alors dans cette base sous la forme B=j=0∑n−1B(ζj)Lj. On va déterminer la matrice de φA dans cette base. Soit 0⩽k⩽n−1 et (Q,R)∈C[X] avec deg(R)⩽n−1 tels que
ALk=(Xn−1)Q+R.En évaluant en ζj pour j=k on a
A(ζj)Lk(ζj)=0=R(ζj).Pour j=k on a
A(ζk)=R(ζk).Autrement dit, l’écriture de R dans la base (Lj) est donnée par R=A(ζk)Lk ce qui signifie que φA(Lk)=A(ζk)Lk. Ainsi, (Lk) est une base de vecteurs propres de Cn−1[X] associée aux valeurs propres A(ζk). Donc φA est diagonalisable.
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