Ivan Shishkin, Rye (1878)

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Valeurs propres de matrices orthogonales

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Toutes les valeurs propres complexes d’une matrice orthogonale sont de module 11.

Soit A∈On(R)A\in\mathcal{O}_n(\mathbb{R}), c’est-à-dire ATA=InA^{\mathsf T}A=I_n. On travaille dans Cn\mathbb{C}^{n}, muni du produit hermitien ⟨x,y⟩=x‾Ty\langle x,y\rangle=\overline{x}^{\mathsf T}y.
Soit λ∈C\lambda\in\mathbb{C} une valeur propre de AA et x∈Cn∖{0}x\in\mathbb{C}^{n}\setminus\{0\} un vecteur propre associé. Alors
∥x∥2=x‾Tx=x‾TA∗Ax=(Ax)‾T(Ax)=∥Ax∥2=∥λx∥2=∣λ∣2∥x∥2.\|x\|^{2}=\overline{x}^{\mathsf T}x=\overline{x}^{\mathsf T}A^{*}Ax=\overline{(Ax)}^{\mathsf T}(Ax)=\|Ax\|^{2}=\|\lambda x\|^{2}=|\lambda|^{2}\|x\|^{2}.Comme x≠0x\neq 0, on a ∥x∥2>0\|x\|^{2}>0 et l’on peut simplifier. Ainsi ∣λ∣2=1|\lambda|^{2}=1, donc ∣λ∣=1|\lambda|=1.

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