Équation matricielle
Bonjour
Je cherche à résoudre le problème suivant.
Soit $n \in \mathbb{N}^{\ast}$. Déterminer toutes les matrices $X \in \mathcal{M}_{2}(\mathbb{C})$ telles que : $$ X^n = \begin{bmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}. $$
Voici ce que j'ai essayé : si on note $\lambda_1, \lambda_2$ les valeurs propres complexes de $X$, alors $\lambda_1, \lambda_2 \in \mathbb{U}_n$. Par ailleurs, on remarque que $X$ n'est pas diagonalisable sur $\mathbb{C}$ (puisque, si elle l'était, $X^n$ le serait aussi). Du coup, cela se traduit par : $\mathrm{rg}(X - \mathrm{I}_2) \leq 1$. Si $\mathrm{rg}(X-\mathrm{I}_2) = 0$, alors on aurait $X=\mathrm{I}_2$ mais on voit que $\mathrm{I}_2$ n'est pas solution de l'équation matricielle ci-dessus. Donc $\mathrm{rg}(X - \mathrm{I}_2) = 1$. Autrement dit, $X - \mathrm{I}_2$ est une matrice de $\mathcal{M}_{2}(\mathbb{C})$ de rang 1. On pourrait aussi dire qu'il existe $U,V \in \mathcal{M}_{2,1}(\mathbb{C})$ tels que $X - \mathrm{I}_2 = U^{\top} V$. A partir de là, je ne vois pas comment continuer.
Merci pour votre aide !
Je cherche à résoudre le problème suivant.
Soit $n \in \mathbb{N}^{\ast}$. Déterminer toutes les matrices $X \in \mathcal{M}_{2}(\mathbb{C})$ telles que : $$ X^n = \begin{bmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}. $$
Voici ce que j'ai essayé : si on note $\lambda_1, \lambda_2$ les valeurs propres complexes de $X$, alors $\lambda_1, \lambda_2 \in \mathbb{U}_n$. Par ailleurs, on remarque que $X$ n'est pas diagonalisable sur $\mathbb{C}$ (puisque, si elle l'était, $X^n$ le serait aussi). Du coup, cela se traduit par : $\mathrm{rg}(X - \mathrm{I}_2) \leq 1$. Si $\mathrm{rg}(X-\mathrm{I}_2) = 0$, alors on aurait $X=\mathrm{I}_2$ mais on voit que $\mathrm{I}_2$ n'est pas solution de l'équation matricielle ci-dessus. Donc $\mathrm{rg}(X - \mathrm{I}_2) = 1$. Autrement dit, $X - \mathrm{I}_2$ est une matrice de $\mathcal{M}_{2}(\mathbb{C})$ de rang 1. On pourrait aussi dire qu'il existe $U,V \in \mathcal{M}_{2,1}(\mathbb{C})$ tels que $X - \mathrm{I}_2 = U^{\top} V$. A partir de là, je ne vois pas comment continuer.
Merci pour votre aide !
Réponses
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Comme la matrice en question est toute petite, je conseille de partir plutôt de l'idée que $X= \begin{bmatrix} a & c \\ b & d \end{bmatrix} $ commute avec $\begin{bmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{bmatrix}$ donc avec $ \begin{bmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{bmatrix}$, ce qui donne la forme de cette matrice $X$, etc.
Bonne continuation.
Fr. Ch. -
Bonjour,
Je vous remercie pour cette indication. Cela me semble, en effet, plus simple ainsi.
Cependant, y avait-il une façon de s'en sortir avec ce que j'avais commencé à faire ? -
Attention ce n'est pas le rang de $X-I_2$ qu'il faudrait regarder dans la méthode initiale mais le rang de $X-\lambda I_2$, où $\lambda$ est l'unique valeur propre (racine $n$-ième de l'unité) de $X$. (unique car $X$ est non diagonalisable)
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Bonjour!
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