Soit n≥1. On numérote les vaches et leurs masses de 1 à 2n+1 : on définit donc le vecteur des masses M=(mi)i∈[[1,2n+1]] associées à chacune des vaches. Si une vache est dans le groupe 1, on compte sa masse positivement et si elle est dans le groupe 2 on la compte négativement. Ainsi, comme les masses des 2 groupes sont égales, la somme des masse des 2 groupes fait 0. Puis on pose arbitrairement une matrice avec une diagonale de 0 et ses autres coefficients égals à ±1 avec autant de +1 que de -1. A=01⋮110⋮−1−1−1⋱1⋯⋯⋮⋯1−10[2n+1]
D’après l’énoncé, on a donc :
M∈ker(A). D’autre part, trivialement, le vecteur 11⋮1∈ker(A). Montrons donc que rg(A)=2n. C’est-à-dire que une sous-matrice principale de A arbitrairement choisie, notée A∗, doit être de déterminant non nulle. On choisit ici d’enlever la 1ère ligne et la première colonne : On calcule alors det(A∗)= 01⋮−1−10⋮1⋯⋯⋱⋯−11⋮0[2n]On se place modulo 2, ce qui donne : det(A∗)= 01⋮110⋮1⋯⋯⋱⋯11⋮0[2n]= det(J2n−I2n) Avec Jk=(1)1≤i,j≤k. Or, ∀k∈N,k≥2,Jk∈/GLn(R). Donc, au contraire, ∀n∈N,n≥2,(J2n−I2n)∈GLn(R) Donc, det(A∗)=0 mod[2]. Donc, det(A∗)=0 et par conseˊquentdim(ker(A))=1 Et donc M∈Vect11⋮1. Ainsi, toutes les vaches ont la même masse.
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