Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Une matrice pleine de péché

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Commençons par traiter le cas n=1n=1, on a alors A=(sin⁡(2))A=(\sin(2)) de rang 11 car sin⁡(2)≠0\sin(2)\neq 0 et det⁡(A)=sin⁡(2).\det(A)=\sin(2). On suppose désormais que n⩾2n\geqslant2. Grâce à la formule sin⁡(a+b)=sin⁡(a)cos⁡(b)+cos⁡(a)sin⁡(b)\sin(a+b)=\sin(a)\cos(b)+\cos(a)\sin(b) on a
A=(sin⁡(i)cos⁡(j))1⩽i,j⩽n+(cos⁡(i)sin⁡(j))1⩽i,j⩽n=YXT+XYT.A=(\sin(i)\cos(j))_{1\leqslant i,j\leqslant n} +(\cos(i)\sin(j))_{1\leqslant i,j\leqslant n} =YX^T+XY^T.Toutes les colonnes de XYTXY^T sont des multiples non nuls de XX qui est également non nul si bien que rg⁡(XYT)=1\operatorname{rg}(XY^T)=1 et de même pour YXT.YX^T. On a alors
im⁡(A)=im⁡(XYT+YXT)⊂im⁡(XYT)+im⁡(YXT)⊂Vect⁡(X,Y).\operatorname{im}(A)=\operatorname{im}(XY^T+YX^T) \subset \operatorname{im}(XY^T)+\operatorname{im}(YX^T) \subset \operatorname{Vect}(X,Y).Ainsi le rang de AA est au plus 2.2. On remarque que le mineur 2×22\times 2 extraît des deux premières lignes et colonnes de AA est
∣sin⁡(2)sin⁡(3)sin⁡(3)sin⁡(4)∣=sin⁡(2)sin⁡(4)−sin⁡(3)2=cos⁡(4−2)−cos⁡(4+2)2−1−cos⁡(6)2=cos⁡(2)−12≠0.\begin{vmatrix} \sin(2) & \sin(3)\\ \sin(3) & \sin(4) \end{vmatrix} =\sin(2)\sin(4)-\sin(3)^2 =\dfrac{\cos(4-2)-\cos(4+2)}{2}-\dfrac{1-\cos(6)}{2} =\dfrac{\cos(2)-1}{2}\neq 0.Donc rg⁡(A)⩾2.\operatorname{rg}(A)\geqslant 2. On a alors rg⁡(A)=2\operatorname{rg}(A)=2 ce qui implique que det⁡(A)=0\det(A)=0 lorsque n⩾3n\geqslant 3 et det⁡(A)=cos⁡(2)−12\det(A)=\dfrac{\cos(2)-1}{2} si n=2n=2 (c’est le mineur qu’on vient de calculer).

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