Espace vectoriel

Bonjour à tous.

Énoncé.
Soit $E$ un $\mathbb K$-espace vectoriel de dimension finie, $L$ une famille libre et $G$ une famille génératrice.
On peut toujours former une base de $E$ en complétant la famille libre $L$ par des vecteurs bien choisis dans la famille génératrice.


J'aimerais savoir si ma démonstration est raisonnable.
Posons $n=\dim_{\mathbb{K}}(E)$.
Considérons les familles $L=(e_{1},\ldots,e_{p})$ et $G=(u_{1},\ldots,u_{m})$ où $p\leq n$ et $m\geq n$.
Si $m=n$, la famille est une base car elle est libre et contient exactement $n$ vecteurs de $E$ donc la complétion est inutile.
Sinon elle contient au plus $n-1$ vecteurs de $E$, alors $L$ ne peut pas être une base donc une famille génératrice, on peut toujours trouver des vecteurs de $E$ qui ne sont pas combinaison linéaire des vecteurs de la famille $L$ càd $x \notin Vect(L)$.
Posons alors $x=\sum_{i=1}^n{\lambda_{i} u_{i}}$, nécessairement $x$ est non nul. il existe donc $i \in \{1,\ldots,n\}$ tel que $\lambda_{i} \neq 0$.
Supposons alors que pour tout $j \in \{1,\ldots,n\} \setminus \{i\},\ \lambda_{j} = 0$ , alors $x=\lambda_{i}u_{i}$.
Comme $x \notin Vect(L)$ et d'après le théorème d'extension d'une famille libre, $(e_{1},\ldots,x)$ est libre et contient $m+1$ vecteurs de $E$.
On a ainsi complété la famille $L$ à partir des vecteurs de la famille $G$ de sorte que $L$ contient $m+1$ vecteurs.
On réitère ce processus jusqu'à l'obtention d'une famille génératrice ; ce processus s'arrête nécessairement car il n'y a qu'un nombre fini de vecteurs dans la famille $G$.
D'où le résultat attendu.

Merci d'avance pour votre aide.

Réponses

  • Considérons $F$ et $G$ deux sous-espaces vectoriels d'un $K$-espace vectoriel $E$ de dimension finie.

    Si $H$ est un supplémentaire de $F\cap G$ dans $F$ alors $H$ et $G$ sont supplémentaires dans $F+G$.

    ce résultat n'est vrai qu'en dimension finie ou bien il est aussi vrai en dimension quelconque.


    Merci pour votre aide.
  • Bonjour.

    Message 1 :
    Erreur de lettre : "Si m=n" à remplacer par "Si p=n".

    Pour la suite, tu n'as traité que le cas $\exists x \in E\setminus Vect(L), \ \exists u_i \in G,\ x=\lambda . u_i$.
    C'est un cas bien trop particulier pour être probant. A priori, les différents $\lambda_j$ n'ont aucune raison d'être nuls.

    Cordialement.
  • Pour ton deuxième message, il te suffit de rédiger une preuve. Si tu as besoin de la dimension finie, tu verras comment trouver un contre exemple, sinon, tu sauras.

    Cordialement.
  • Ta démonstration n'est pas raisonnable : tu supposes que ton $x$, qui n'est pas dans $Vect(L)$ est colinéaire à un $u_i$, ça n'a aucune raison d'être vrai ! Tu peux directement dire que $L \cup \{x\}$ est libre et réitérer.

    Pour la deuxième question, la démonstration ne fait appel à aucun moment à la dimension infinie. Si $F = F \cap G \oplus H$ alors $F+G = (F\cap G \oplus H) + G = G \oplus H$.
  • Attention, Poirot,

    il faut compléter L par des vecteurs de G. x n'a aucune raison d'être dans G.

    Cordialement.
  • Effectivement je suis allé trop vite. En fait on peut montrer qu'il existe au moins un $u_i$ qui n'est pas dans $Vect(L)$, sinon $L$ serait génératrice. Autrement dit, on peut montrer que l'on peut choisir $x$ de cette forme, ce qui manquait de le texte de départ.
  • Merci pour vos réponses,@gerad0, il n'était donc pas utile d'écrire $x=\lambda_{i}u_{i}$ car je pouvais juste considérer $x=u_{i}$.
  • Oui, mais encore faut-il prouver que tu peux faire ce choix.
  • @Poirot, dit que le famille $L$ n'est pas génératrice sachant que $E=vect(G)$ prouve l'existence de $u_{i} \notin Vect(L)$ non?
  • Ah oui , je comprends ce que tu veux me dire l'existence du $u_{i}$ :-D. Merci.

    Supposons qu'un tel $u_{i}$ n'existe pas cela signifie que tous les vecteurs de $G$ sont combinaisons linéaires de $L$

    alors soit $x$ quelconque de $E$,on peut exprimer $x$ comme combinaison linéaire des vecteurs de $G$ mais comme tous les vecteurs de $G$ sont combinaisons linéaires des vecteurs de $L$ , alors $x$ est combinaison linéaire des vecteurs de $L$ mais comme le $x$ est quelconque alors $L$ est une famille génératrice, ce qui est absurde.
  • Merci :-)
  • Sinon tu sais quotienter un espace vectoriel $V$ par un sous-espace vectoriel $W$ ? Il suffit de savoir quotienter $V$ par un sous e.v. $Kw$ de dimension $1$ pour obtenir (par induction) que $V/W$ est un e.v. de dimension $\dim(V)-\dim(W)$, et une base $\sum_{j=1}^{\dim(V)-\dim(W)} K(b_j+W)$ de $V/W$ donne $V= W+\sum_{j=1}^{\dim(V)-\dim(W)} Kb_j$.

    Le même argument permet aussi de construire une base de n'importe quel espace vectoriel et tester si il est de dimension finie et montrer que la dimension ne dépend pas de la base choisie.
  • Bonjour, je veux avoir un idée claire sur cette question que je pose.

    De manière standard, pour montrer que deux sous-espaces vectoriels $F$ et $G$ sont supplémentaires dans un espace vectoriel $E$, on montre qu'ils sont en somme directe et on montre que tout vecteur de $E$ se décompose comme la somme d'un vecteur de $F$ et de $G$.

    Que se passe-t-il si lorsqu'on se met en dimension finie :

    $F$ est un hyperplan de $E$ et $G$ est une droite dont le vecteur qui l'engendre n'appartient pas à $F$ peut-on conclure que c'est un supplémentaire de $F$(directement) ? en sachant juste que $\dim(E)=\dim(F)+\dim(G)$ (en utilisant la caractérisation des supplémentaires en dimension finie et que tout sous-espace vectoriel admet au moins un supplémentaire lorsque nous sommes en dimension finie).
    Merci pour votre aide.
  • Bonjour.

    Si F est un sev de E et G une droite vectorielle dont le vecteur directeur n'est pas dans F, il est immédiat que $F\cap G=\{0_E\}$ donc que F et G sont en somme directe. la dimension de $F+G$ est alors évidente.

    Cordialement.
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