Polynômes d'endomorphismes
Bonsoir,
J'aimerais montrer que si j'ai à ma disposition un polynôme à coefficients complexes $P \in \mathbb{C}[z]$ et un endomorphisme $T \in \mathcal{L}(E)$ ayant $\lambda_1, \cdots, \lambda_p$ comme valeurs propres distinctes alors, nécessairement les valeurs propres de l'endomorphisme $P(T)$ sont égales à $P(\lambda_j), j = 1 ,\cdots, p$.
Pour ce faire, on regarde le polynôme caractéristique de $P(T)$, noté $\chi_{P(T)}$ en le complexe $\lambda$. Dans mon cours, le prof a procédé comme suit,
\begin{align*}
\chi_{P(T)}(\lambda) &= \det \left( P(T) - \lambda \ \textrm{id} \right) \\
&= \det \left( (P - \lambda)(T) \right) \\
&= \cdots
\end{align*}
Je ne comprends pas comment passer de $ \det \left( P(T) - \lambda \ \textrm{id} \right) $ à $ \det \left( (P - \lambda)(T) \right)$. En effet, $P$ est un élément de $\mathbb{C}[z]$ et $\lambda$ est un élément de $\mathbb{C}$. J'ai du mal à voir un sens à l'opération $P - \lambda$.
Voici les définitions adoptées:
Un endomorphisme sur $\mathbb{C}$ est un opérateur linéaire d'un $\mathbb{C}$-vectoriel $E$ sur lui-même. L'ensemble des endomorphismes de $E$ est noté $\mathcal{L}(E)$.
Si $P: \mathbb{C} \to \mathbb{C}: z \mapsto P(z) = a_n z^n + \cdots + a_0$ est un polynômes à coefficients complexes (l'ensemble des polynômes à coefficients complexes est noté $\mathbb{C}[z]$), on pose, $$P: \mathcal{L}(E) \to \mathcal{L}(E): T \mapsto P(T) = a_n T^n + \cdots + a_0 \ \textrm{id}, \quad \textrm{avec, $T^n = T \circ \cdots \circ T$, $n$ fois}$$
$P(T)$ est le polynôme associé à l'endomorphisme $T$.
Le polynôme caractéristique d'un endomorphisme $T$ est, $$\chi_T: \mathbb{C} \to \mathbb{C}: \lambda \mapsto \chi_T(\lambda) = \det(T - \lambda \ \textrm{id})$$
Enfin, l'opérateur identité noté id est l'opérateur qui à tout élément $x$ de $E$ rend $x$.
J'aimerais montrer que si j'ai à ma disposition un polynôme à coefficients complexes $P \in \mathbb{C}[z]$ et un endomorphisme $T \in \mathcal{L}(E)$ ayant $\lambda_1, \cdots, \lambda_p$ comme valeurs propres distinctes alors, nécessairement les valeurs propres de l'endomorphisme $P(T)$ sont égales à $P(\lambda_j), j = 1 ,\cdots, p$.
Pour ce faire, on regarde le polynôme caractéristique de $P(T)$, noté $\chi_{P(T)}$ en le complexe $\lambda$. Dans mon cours, le prof a procédé comme suit,
\begin{align*}
\chi_{P(T)}(\lambda) &= \det \left( P(T) - \lambda \ \textrm{id} \right) \\
&= \det \left( (P - \lambda)(T) \right) \\
&= \cdots
\end{align*}
Je ne comprends pas comment passer de $ \det \left( P(T) - \lambda \ \textrm{id} \right) $ à $ \det \left( (P - \lambda)(T) \right)$. En effet, $P$ est un élément de $\mathbb{C}[z]$ et $\lambda$ est un élément de $\mathbb{C}$. J'ai du mal à voir un sens à l'opération $P - \lambda$.
Voici les définitions adoptées:
Un endomorphisme sur $\mathbb{C}$ est un opérateur linéaire d'un $\mathbb{C}$-vectoriel $E$ sur lui-même. L'ensemble des endomorphismes de $E$ est noté $\mathcal{L}(E)$.
Si $P: \mathbb{C} \to \mathbb{C}: z \mapsto P(z) = a_n z^n + \cdots + a_0$ est un polynômes à coefficients complexes (l'ensemble des polynômes à coefficients complexes est noté $\mathbb{C}[z]$), on pose, $$P: \mathcal{L}(E) \to \mathcal{L}(E): T \mapsto P(T) = a_n T^n + \cdots + a_0 \ \textrm{id}, \quad \textrm{avec, $T^n = T \circ \cdots \circ T$, $n$ fois}$$
$P(T)$ est le polynôme associé à l'endomorphisme $T$.
Le polynôme caractéristique d'un endomorphisme $T$ est, $$\chi_T: \mathbb{C} \to \mathbb{C}: \lambda \mapsto \chi_T(\lambda) = \det(T - \lambda \ \textrm{id})$$
Enfin, l'opérateur identité noté id est l'opérateur qui à tout élément $x$ de $E$ rend $x$.
Réponses
-
Bonjour.
Prenons $P(X)=X^2$. Comment définis-tu l'endomorphisme $P(T)-\lambda Id$ ? Ensuite, comme $\lambda$ est une constante, assimilable au polynôme constant de même valeur, $(P-\lambda)(X)=P(X)-\lambda$. Donc $(P-\lambda)(T) = ...$
Cordialement. -
On a l'inclusion $\mathbb C \subset \mathbb C[z]$, les polynômes constants sont des polynômes !
-
@gerard0
Compte-tenu de la définition, de $P$, j'ai $P(T) = T^2 = T \circ T$. Donc,
\begin{align*}
Q: E \to E: x \mapsto Q(x) &= \left( P(T) - \lambda \ id \right)(x) \\[5pt]
&= \left( P(T) \right) (x) - \lambda x \\[5pt]
&= T^2(x) - \lambda x \\[5pt]
&= T(T(x)) - \lambda x \\[5pt]
&= T(\lambda x) - \lambda x\\[5pt]
&= \lambda T(x) - \lambda x\\[5pt]
&= \lambda^2 x - \lambda x\\[5pt]
&= P(\lambda) x - \lambda x \\[5pt]
&= \left( P(\lambda) - \lambda \right) x \\[5pt]
\end{align*}
Note, j'utilise $T(x) = \lambda x$ car $\lambda$ est valeur propre de $T$.
Ecrire $P(x) - \lambda$ est tout à fait compréhensible pour moi car je soustrais deux nombres complexes. Ecrire $(P - \lambda)(x)$ l'est beaucoup moins dans la mesure où je n'ai pas défini l'opération. $P(x)$ est un complexe, mais $P$ est une fonction. Mais si le truc est de supposer $\lambda \in \mathbb{C}[z]$, alors je l'admettrai. -
Si tu as deux polynômes $P$ et $R$, j'imagine que ça ne te dérange pas d'écrire $(P - R)(x)$.
Et bien ici, $R$ est le polynôme constant égal à $\lambda$, que l'on écrit tout simplement $R=\lambda$.Tibsoo a écrit:Mais si le truc est de supposer $\lambda \in \mathbb{C}[z]$, alors je l'admettrai.
Comme l'a écrit Poirot, on a l'inclusion $\mathbb{C} \subset \mathbb{C}[z]$ donc tout élément de $\mathbb{C}$ est aussi un élément de $\mathbb{C}[z]$. -
Tibsoo a écrit:$P(x)$ est un complexe, mais $P$ est une fonction.
\(P\) n'est pas une fonction, mais un polynôme, lequel polynôme permet de définir une fonction polynômiale des fonctions polynômiales.
Pour le même polynôme \(P\), tu utilises les deux fonctions polynomiales \(z \mapsto P(z)\) de \(\C\) dans \(\C\) et \(u\mapsto P(u)\) de \(L(E)\) dans \(L(E)\), qui sont deux objets mathématiques distincts, dont aucun des deux n'est le polynôme \(P\). -
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