Soit telle que pour tout ,
Montrer que est nilpotente.
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Solutions
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On commence par trigonaliser A dans . Alors A ~
avec les valeurs propres comptés avec multiplicitées : Ainsi, d’après l’énoncé,
Donc, . Or, .. Or, par hypothèse, . Donc . Alors, ce qui est absurde. Donc, au moins l’un des est nul. Puis on itère le procédé sur les n-1 valeurs propres restantes jusqu’a trouver :
On se propose une méthode exotique passant par les fractions rationnelles.
Notons
Par le théorème de Cayley-Hamilton, il existe
tels que
En multipliant cette égalité par , puis en prenant la trace, on obtient
Ainsi, la suite vérifie une équation de récurrence linéaire.
Or, par hypothèse,
Une simple récurrence montre alors que
On note
les valeurs propres de , comptées avec multiplicité.
Supposons, par l’absurde, que ne soit pas nilpotente. Alors l’une de ses valeurs propres est non nulle.
On choisit tel que
On considère alors la série entière
pour
D’une part, puisque
on a
D’autre part, les valeurs propres de étant
on a
Ainsi,
Comme la série converge absolument pour
on peut permuter les deux sommes :
On reconnaît alors une somme géométrique :
On obtient donc une fraction rationnelle qui possède un pôle en
puisque .
On a ainsi obtenu simultanément
et une expression rationnelle possédant au moins un pôle.
C’est une absurdité.
Par conséquent,
