Exponentielle de matrice symétrique

Ne retrouvant pas la bucket list que j'avais initiée en 2009, j'ouvre un nouveau sujet en postant un exercice dont j'aimerais avoir une solution, si possible de mon vivant.

Mon médecin vient de me dire que ce que je prenais pour des élixirs de longévité précieusement conservés dans ma cave étaient nocifs pour un nombre démoralisant d'organes auxquels je tiens pour des raisons purement sentimentales.

Par ailleurs, chaque fois que je me replonge dans cet exercice, il me prend - suite à une chute aussi vertigineuse que brutale de mon moral - une envie irrépressible de me réfugier dans la-dite cave pour me livrer à une contre expertise à l'aide des-dits flacons.

C'est vous dire si je n'avance pas.

Je vous livre l'objet du débit :
Exo retors a écrit:
Soit \( {A} = \left(a_{ij} \right)_{\begin{array}{l} {0\le i\le n} \\ {0\le j\le n} \end{array}} \) une matrice symétrique réelle, démontrer que les trois propriétés suivantes sont équivalentes:

(i) \( {a}_{ij} < 0 \) pour \( i \neq j \).

(ii) Les coefficients de \( e^{-tA} \) sont strictement positifs pour tout \( {t} > 0 \).

(iii) Les coefficients de \( ({A} + \lambda {I})^{-1} \) sont strictement positifs pour \( \lambda \) assez grand.

Merci d'avance à quiconque me filera un tuyau, j'ai déjà l'entonnoir, merci.

amicalement,

e.v.
Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


Réponses

  • Il y a une erreur quelque part.
    Je trouve bien que (i) implique (ii), et (ii) et (iii) sont équivalentes
    (et tout cela sans la moindre hypothèse de symétrie), mais (iii) n'implique pas (i). Enfin, avec (iii) on peut seulement montrer que les coefficients hors-diagonaux de $A$ sont négatifs, mais pas strictement négatifs.
    Contre-exemple :
    $A=\begin{bmatrix}
    2 & 0 & -1 \\
    0 & 2 & -1 \\
    -1 & -1 & 2
    \end{bmatrix}$.
    Je trouve, pour tout réel $t >0$,
    $$e^{-tA}=e^{-2t} \sum_{k=0}^{+\infty} \frac{1}{(2k)!} t^k B^k
    +e^{-2t} \sum_{k=0}^{+\infty} \frac{1}{(2k+1)!} t^k CB^k$$
    où $C:=2I_3-A=\begin{bmatrix}
    0 & 0 & 1 \\
    0 & 0 & 1 \\
    1 & 1 & 0
    \end{bmatrix}$ et $B:=C^2=\begin{bmatrix}
    1 & 1 & 0 \\
    1 & 1 & 0 \\
    0 & 0 & 2
    \end{bmatrix}$. Il est alors facile de voir que tous les coefficients de $e^{-tA}$ sont strictement positifs, et ce pour tout réel $t>0$.
  • Grand merci dSP.

    Je vais pouvoir aller voir Naples.

    amicalement,

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • Pour donner des choses positives : pour (i) implique (ii), écrire
    $A=\lambda I_n-B$ avec $\lambda \in \R$ et $B$ à coefficients tous strictement positifs, et ensuite c'est facile.

    Pour l'équivalence entre (ii) et (iii), remarquer que (ii) équivaut à
    la version faible ``$e^{-tA}$ à coefficients strictements positifs pour $t$ voisin de $0^+$", et montrer ensuite l'équivalence en comparant les développements en séries. Il y a aussi une démonstration amusante de (ii) implique (iii) qui utilise une transformée de Laplace.
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