Matrices à diagonale strictement dominante

Les matrices à diagonales strictement dominante sont inversibles et on connaît presque tous la même preuve par l'absurde.
Je lance alors la question de montrer ce résultat autrement.
Mes premières idées étaient de penser à faire une récurrence, le problème est que les opérations élémentaires ne conservent pas nécessairement le caractère diagonale strictement dominante (ou des moins mes essais n'ont pas abouti à le prouver).

Réponses

  • Je vais peut-être dire une bêtise mais il me semble que lorsqu'on applique la méthode du pivot à une telle matrice, on ne perd pas le caractère "à diagonale strictement dominante" (il suffit de le vérifier sur la première colonne et de conclure par récurrence).
  • Non ça marche pas, il suffit de prendre $I_n$ puis $L_1\longleftarrow L_1+L_2$
  • @mustapha Quand on applique le pivot de Gauss. Pas par n'importe quelle opération sur les lignes et colonnes. Je n'ai pas regardé en détail et je ne connaissais pas la notion de matrice à diagonale strictement dominante mais ça me semble d'ailleurs un bon moyen de motiver la notion (ie une condition technique simple à vérifier pour l'inversibilité par pivot de Gauss).
  • Oui mais l'exemple que tu donnes ne peut pas se produire lorsqu'on échelonne une matrice ! [Edit : je répondais à mustapha]
  • Je crois même qu'on est dans un cas particulier de situation où tous les mineurs principaux sont inversibles, et c'est justement une condition classique de fonctionnement "sans accroc" de l'algorithme du pivot.
  • On s'en sort avec le théorème du point fixe (Picard). On appelle cela (je crois) la méthode de Jacobi.
    C'est un développement possible à l'agrégation interne qui fait intervenir le choix d'une "bonne" norme matricielle.
    On démontre donc qu'une telle matrice est inversible, et on fournit un algorithme d'approximation.
  • Finalement le pivot de Gauss ne préserve pas la propriété [correction : finalement si], prendre par exemple la matrice
    \[\begin{pmatrix}
    1 & 2/3\\
    2/3 & 1
    \end{pmatrix}\text{.}\]
  • Je pense qu'il faut que l'on s'entende dès le départ sur le sens de "à diagonale strictement dominante". La définition de Wikipédia est "le module de chaque terme diagonal est [edit] strictement [/edit] supérieur ou égal à la somme des modules des autres termes de sa ligne". Auquel cas il ne me semble pas que ton contre-exemple en soit un.
  • Ha tiens ? Pour ma part, "strictement" dominante c'est "strictement supérieur" et non "supérieur ou égal".
  • @Dom : les ravages du copier-coller sans regarder. J'ai corrigé.
  • @skilveg Oui, tu as raison, ça dépend de dans quel sens on applique le pivot de Gauss par rapport à la définition. Je n'ai pas fait attention à ça. Du coup ok, ça fonctionne bien.
  • Je rappelle qu'une matrice $A=(a_{i,j})_{i,j}$ est dite à diagonale strictement dominante si, et seulement si, pour tout $i $, $$\vert a_{i,i}\vert >\sum_{j\neq i}\vert a_{i,j}\vert$$
  • Oui mais je voulais dire, que son idée ne marche pas nécessairement. Après quand on fait apparaître un zéro, on ne peut pas garantir, en tout cas c'était mon problème ou l'obstacle qu'on quand j'avais pensé à faire de cette manière.
  • Écris les choses, tout s'emboîte comme il faut. (Pour simplifier on peut supposer $a_{i,i} = 1$.)
  • Et mon Jacobi ? Bon il faut que je retrouve ma paperasse...
  • Ça traîne en longueur. Comme dit depuis le début, il suffit d'écrire les choses !
    La première étape du pivot de Gauss consiste à faire, pour $i>1$
    $$b_{i,j}=a_{i,j}- \frac{a_{i,1}}{a_{1,1}} a_{1,j}\;.$$
    Si on part d'une matrice à diagonale dominante, c.-à-d. qui vérifie pour tout $i$
    $$\sum_{j\neq i} |a_{i,j}| < |a_{i,i}|\;,$$
    alors
    $$\begin{align} |b_{i,i}| &= \left|a_{i,i}- \frac{a_{i,1}}{a_{1,1}} a_{1,i}\right| \\
    & > |a_{i,1}|+ \sum_{j\neq 1,i} |a_{i,j}| - \frac{|a_{i,1}|}{|a_{1,1}|}\left(|a_{1,1}|- \sum_{j\neq 1,i} |a_{1,j}| \right)\\
    &> \sum_{j\neq 1,i}\left( |a_{i,j}| + \frac{|a_{i,1}|}{|a_{1,1}|} |a_{1,j}| \right)\\
    &> \sum_{j\neq 1,i} |b_{i,j}|\;.\end{align}$$
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