Espace vectoriel

Bonsoir,

$\Q^n$ est-il un $\R$ espace vectoriel ou un $\Q$ espace vectoriel ?

Réponses

  • Rien n'interdit a priori que ce soit les deux. Pour commencer, c'est évidemment un $\mathbb Q$-espace vectoriel. Ensuite, sais-tu ce que veut dire le mot "dénombrable" ? Avec lui, il y a un argument immédiat pour montrer que ce n'est un $\mathbb R$-espace vectoriel pour aucune loi.
  • Bonjour,

    Pour par exemple $n=1$, que serait $\sqrt{2}\cdot 1$, dans le $\mathbb{R}$-espace vectoriel $\mathbb{Q}$ avec la loi externe ?

    Cordialement,

    Rescassol
  • Bonjour.

    $\Q^n$ est un ensemble. Tant que les deux opérations (+, .) ne sont pas définies, la question n'a pas de sens. Et si $(E,+,.)$ est un $\R$-espace vectoriel, c'est que la multiplication externe est définie de $\mathbb R\times E$ dans $E$.

    La bonne question serait (et c'est ce que Poirot et Rescassol ont utilisé) : Peut-on définir des lois + et . de façons que $\Q^n$ soit un $\Q$-espace vectoriel ? Soit un $\R$-espace vectoriel ?

    Encore une fois, connaître les définitions de base (donc ne pas les oublier dans les mois qui suivent leur étude) permet de poser les bonnes questions, et même, comme ici, d'y répondre seul.
  • Je pose ces questions car j'ai lu un rapport d'écrit de l'X où le jury a rapporté ces confusions pour beaucoup de candidats sur l'espace vectoriel $\Q^n$.

    D'accord merci. Pour le $\Q$ espace vectoriel ça fonctionne. $\Q^n$ est un $\Q$ sous-espace vectoriel de $\R^n$.

    La loi de composition interne $+$ est bien définie car la somme de deux rationnels est un rationnel.

    $\sqrt{2} . 1=\sqrt{2}$ n'est pas un rationnel donc la multiplication externe par un scalaire du corps $\R$ n'est pas définie.

    J'avais une autre question : $\Z^n$ est-il un sous-espace vectoriel ?

    Je dirais que non car la multiplication par $1/2$ par exemple ne donne plus un élément de $\Z^n$.
  • Bonjour, $\mathbb{Z}^n$ est un $\mathbb{Z}$-module: même structure qu'un espace vectoriel en remplaçant corps par anneau ce qui ne va pas sans de nombreuses difficultés.
    A demon  wind propelled me east of the sun
  • OS:
    $Z^n$ est-il un sous-espace vectoriel ? De quel espace vectoriel et donc, en particulier, quelles sont les lois dont sont munies cet espace vectoriel? Un espace vectoriel est la donnée d'un corps, d'un ensemble et de deux lois. Ces deux lois vérifient des propriétés.
  • Tout ce que tu as montré pour l'instant c'est que $(\mathbb Q, +, .)$ n'est pas un $\mathbb R$-espace vectoriel, où $.$ est l'application $(r,q) \mapsto rq$ de $\mathbb R \times \mathbb Q \to \mathbb R$, car cette dernière n'est pas à valeurs dans $\mathbb Q$. Mais tu n'as pas montré qu'il n'existe aucune lois $+'$ et $.'$ qui font de $(\mathbb Q, +', .')$ un $\mathbb R$-espace vectoriel. En tout cas je pensais que c'était le sens de ta question initiale.
  • Poirot je voulais juste comprendre pourquoi $(\Q^n,+,.)$ n'est pas un $\R$ espace vectoriel mais Rescassol et Gerard ont répondu à ma question de façon très claire.
    Ce dont tu parles à la fin m'a l'air d'être compliqué à la vue de mes connaissances basiques. Je n'ai pas encore vu la dénombrabilité.

    Mais il y a d'autres lois $.$ dans les espaces vectoriels ?

    @Fin de Partie
    $\Z^n$ n'est pas un espace vectoriel car $\Z$ n'est pas un corps.
  • OS a écrit:
    Mais il y a d'autres lois . dans les espaces vectoriels ?

    Benh en dehors des lois qui le définissent, non...
    Mais si tu as envie d’en définir d’autres, pourquoi pas...
    Tu auras juste une nouvelle structure algébrique qui sera en particulier un espace vectoriel...
  • Ce que je veux te faire comprendre c'est que même si on travaille sur $\mathbb Q$ comme ensemble sous-jacent, rien n'empêche d'en faire un $\mathbb Q$-espace vectoriel pour d'autres lois que les lois $+$ et $.$ usuelle. Par exemple, si $a \in \mathbb Q \setminus \{0\}$, tu prends $+' = +$ et $.' : (\lambda, x) \mapsto a \lambda x$ et tu vérifies que $(\mathbb Q, +', .')$ est bien un $\mathbb Q$-espace vectoriel, différent de $(\mathbb Q, +, .)$ dès que $a \neq 1$.
  • O S,

    c'est quand même bizarre que ce soit cette question que tu as posée, la réponse est tellement évidente ... tu ne réfléchis pas avant de poser une question ?
    Et la première réponse de Poirot devrait te faire réfléchir (si tu en es capable). Car sur un ensemble infini $E$ ayant le cardinal de $\mathbb R$, il y a une infinité de structures de $\mathbb R$-espace vectoriel !! si tu penses qu'il y a une infinité de bijections entre $\mathbb R$ et $E$, chacune permet de définir une structure de $\mathbb R$-espace vectoriel.

    Ce qui est évident, c'est que tu as appris (par cœur ?) des tas de cours (et surtout d'exercices) sans jamais les savoir, faute d'y avoir vraiment réfléchi. Comme tu as fait ça déjà autrefois en prépa (avec les même défauts que les cours du lycée), puis plusieurs fois depuis 2 ans (au gré de tes changements de bouquin), tu vois que tu perds ton temps. Il te manque toujours la réflexion sérieuse sur les notions.
  • @OS : bonjour. Écris, s'il te plait, les toutes premières lignes de la définition d'un $\Bbb{K}$-espace vectoriel, où $\Bbb{K}$ est un corps.
    Le chat ouvrit les yeux, le soleil y entra. Le chat ferma les yeux, le soleil y resta. Voilà pourquoi le soir, quand le chat se réveille, j'aperçois dans le noir deux morceaux de soleil. (Maurice Carême).
  • Gerard0
    Je réfléchis avec mes capacités.
    Je ne sais pas où tu as appris ça, mais dans les bouquins que j'ai eu, on est jamais allé plus loin que donner les lois d'un espace vectoriel et quelques exemples.
    On n'a jamais parlé de bijections permettant de définir des structures de $\R$ espace vectoriel.
    Dans les livres, on conseille même d'utiliser la notion de sous-espace vectoriel car plus simple.

    Poirot
    D'accord merci. Du coup, on peut définir plusieurs lois $"."$, au moins autant que d'éléments non nuls dans $\Q$.

    @Thierry Poma
    Un $\K$ espace vectoriel est un ensemble muni de deux lois. Une loi interne $+$ telle que $(E,+)$ soit un groupe commutatif.
    Et une loi externe notée $.$ qui est une application de $\K \times E \longrightarrow E$ vérifiant $4$ propriétés.
  • J'ai appris la notion d'espace vectoriel tout seul (on la voyait en fac, j'étais encore en lycée), donc je me suis contenté de la définition, de bien comprendre ce qu'elle dit. C'est ce qu'on vient tous d'utiliser pour te répondre, mais manifestement, tu n'as jamais vraiment lu cette définition.
    Pour le reste de ton message, il montre seulement ton manque total d'autonomie par rapport à ce que tu "étudies". Christophe a parfaitement raison, tu bouffes des réponses, tu n'apprends pas.
    Tu le dis toi-même : ta réflexion s'arrête à ce qui est écrit dans les bouquins ... tu ne penses pas !!

    Et on peut continuer longtemps à alimenter cette boulimie de papier, elle ne nourrit pas ton cerveau. Tu vas continuer à buter bêtement sur les questions élémentaires (celles qui se résolvent immédiatement avec un peu d'intelligence).

    Je suis désolé pour toi, pour tout le travail inutile que tu fais, pour ton manque d'intelligence dans tout ce que tu montres ici (maths ou interventions sur les "niveaux"). Ton cerveau est sans doute bien plus efficace que ça, mais tu ne l'utilises pas.
  • J'ai étudié la définition mais comme on ne l'utilise jamais dans les exercices, je ne l'ai pas retenue. Souvent je me rends compte qu'il y a des choses que je croyais connaitre et que je ne maitrise pas.

    Par contre, la notion de sous-espace vectoriel je connais par cœur à force de pratiquer sur des exercices.
  • Bonjour OShine,

    Je vois que tu pars d’un groupe additif. Mais alors, si l’on privilégie les automorphismes, n’a-t-on pas quelque part un espace vectoriel? :-D
  • OS:

    Tu me dis que $\mathbb{Z}$ n'est pas un corps. En es-tu sûr? B-)-

    $\mathbb{Z}$ et $\mathbb{Q}$ sont équipotents il existe une bijection $\varphi$ de $\mathbb{Z}$ vers $\mathbb{Q}$
    Maintenant si on munit $\mathbb{Z}$ des deux lois:
    $x,y\in \mathbb{Z}, x\text{L}y:=\varphi^{-1}\Big(\varphi(x)+\varphi(y)\Big)$
    et:
    $x,y\in \mathbb{Z}, x\star y:=\varphi^{-1}\Big(\varphi(x).\varphi(y)\Big)$

    Tout ça pour dire qu'un corps ce n'est pas que la donnée d'un ensemble, c'est aussi la donnée de deux lois.

    NB: les lois $+,.$ sont les lois habituelles dont on peut munir l'ensemble des nombres rationnels.
  • Ibni je n'ai pas compris ta remarque.

    Fin de Partie
    Oui tu as raison :-D
    Je voulais dire $(\Z,+,\times)$ n'est pas un corps car par exemple $2$ est un élément non nul et il n'admet pas d'inverse pour $\times$.

    Intéressant ton exemple.
    $y= \varphi ^{-1} (0)$ est l'élément neutre pour la loi +.
    $y= \varphi ^{-1} (1)$ est l'élément neutre pour étoile.

    Tout élément non nul admet un inverse pour étoile qui est : $\varphi^{1} ( \dfrac{1}{\varphi(x)})$
  • OS: on appelle ça un transport de structure. Dès que deux ensembles sont équipotents, on peut transférer la structure de l'un sur l'autre.
  • Dans le rapport ils ne précisent pas la loi pour $\Z^n$...

    Pourquoi la dimension de $\R^n$ en tant que $\Q$ espace vectoriel ne vaut pas $n$ ?122064
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  • Si tu commençais avec $n=1$?
    Il nous faut une base, de plus il faut obtenir par exemple $\pi$ par linéarité, donc le vecteur de base (si la dimension est $1$) doit forcément être un multiple de $\pi$.
    Quelle est la forme du coefficient rationnel pour obtenir un autre nombre irrationnel comme $\sqrt 2$?
  • OShine,

    Soit $(G,+)$ un groupe commutatif.
    L’action $\cdot$ définie par $Aut(G)\times G \to G$, $(f,x) \mapsto f\cdot x := f(x)$ nous fournit un espace vectoriel sur $Aut(G)$ où les vecteurs sont juste les éléments de $G$.
    Réciproquement, si $E$ est un $K-$espace vectoriel, alors l’opération :
    $K \times (E,+) \to (E,+)$, $(\lambda, u)\mapsto \lambda \cdot u:= \lambda u$ est une action du groupe $K$ sur $(E,+)$.
    Non?
  • Pour abonder dans le sens de Code_Name,

    Si on prend $n=1$. On ne peut pas prendre $1$ comme base puisque $1$ fois un rationnel ne va jamais donner $\sqrt{2}$ par exemple. Si on remplace $1$ par n'importe quel nombre rationnel on aura le même problème.
    Maintenant, on ne peut pas prendre comme base un nombre irrationnel puisque un nombre irrationnel multiplié par un rationnel donne un nombre irrationnel. On n'obtiendra jamais $1/2$, par exemple, en prenant une telle base.
  • @Code Name

    Soit $B=(e_1, \cdots, e_n)$ une base de $\R^n$.
    Par l'absurde, si $\R^n$ était de dimension $n$ sur $\Q$ alors $\forall x \in E \ \exists ! (a_1, \cdots, a_n) \in \Q^n \ \ x=\displaystyle\sum_{k=1}^n a_k e_k$

    Je prends $n=2$ et $x=(\sqrt{2},1)^T$ alors $x=\sqrt{2} e_1 +e_2$ et $\sqrt{2} \notin \Q$

    @Ibni
    Oui mais je ne comprends pas trop le rapport avec mes questions. Je n'ai pas trop de connaissances sur les actions de groupe.
  • Fin de partie ok merci. C'est clair.
  • Ok OShine.

    Bref, un espace vectoriel n’est rien d’autre qu’un groupe additif dans lequel on a privilégié les automorphismes.
  • @OS : bonjour. Pour ma part, je ne retiens que ceci : et une loi externe notée $.$ qui est une application de $\K \times E \longrightarrow E$ vérifiant $4$ propriétés.

    Cette partie de la définition est très importante. en effet, soit $\Phi$ la fonction définie ainsi :\[\Phi\left(r,\,\left(\begin{array}{c}q_1\\\vdots\\q_n\\\end{array}\right)\right)=r.\left(\begin{array}{l}q_1\\\vdots\\q_n\\\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}r\,q_1\\\vdots\\r\,q_n\\\end{array}\right)\text{, où }\left(r,\,\left(\begin{array}{c}q_1\\\vdots\\q_n\\\end{array}\right)\right)\in\R\times\Q^n\]Dans quel ensemble la fonction $\Phi$ ainsi définie prend-elle ses valeurs ? Cette fonction peut-elle être une $\R$-loi externe sur $\Q^n$ ?
    Le chat ouvrit les yeux, le soleil y entra. Le chat ferma les yeux, le soleil y resta. Voilà pourquoi le soir, quand le chat se réveille, j'aperçois dans le noir deux morceaux de soleil. (Maurice Carême).
  • @Ibni
    Je ne comprends pas l'histoire des automorphismes.

    @Thierry Poma
    Merci pour l'exemple.
    Elle prend ses valeurs dans $\R^n$. Ce n'est pas une $\R$ loi externe. Il suffit de prendre $r=\sqrt{2}$

    Quand le rapport dit que $\Z^n$ n'est pas un espace vectoriel, ça sous entend pour n'importe quelle loi ? Ou on parle de $(\Z^n,+,\times)$ ?
  • On peut quand même dire beaucoup plus que "$\mathbb R^n$ n'est pas de dimension $n$ en tant que $\mathbb Q$-espace vectoriel", il n'est même pas de dimension finie en tant que $\mathbb Q$-espace vectoriel !

    On peut soit invoquer un argument de cardinalité, mais a priori OShine ne sait pas ce que ça veut dire, soit exhiber une famille libre infinie. Par exemple (ce n'est pas trivial), la famille $(1, \pi, \pi^2, \dots)$ est une famille de $\mathbb R$ libre sur $\mathbb Q$ (on dit que $\pi$ est un nombre transcendant).

    Pour $\mathbb Z^n$, c'est pour la loi usuelle que ce n'est pas un espace vectoriel (sur n'importe quel corps). Par contre on peut en faire un $\mathbb Q$-espace vectoriel par transport de structure comme on te l'a dit plus haut.
  • Si ce que je te propose t’empêche de répondre aux questions des autres intervenants, alors ignore ma proposition.
    Alors, je prends un groupe additif $(G,+)$.
    Tu es d’accord qu’il me faut :
    - un corps
    - une opération externe

    Bon.
    Le groupe des automorphismes de $G$, noté $Aut(G)$, munis des opérations « composition » et $+$(le $+$ du groupe $G$, en fait je fais quand même un abus là, mais c’est juste pour dire que $f+g$, c’est l’automorphisme $x \mapsto f(x)+g(x)$) est bien un corps.
    Donc c’est bon pour le corps.
    Pour l’opération externe $*$, on la définit comme ceci:
    Pour tout $\lambda \in Aut(G)$ et $x \in G$, on note $\lambda * x:= \lambda (x)$.

    Tu peux vérifier qu’on a maintenant un espace vectoriel.
    On n’a utilisé que le groupe $G$.
  • @Ibni : La somme de deux automorphismes n'a aucune raison d'être un automorphisme (prendre $G=\mathbb Z$ par exemple).
  • Ah oui tu as raison Poirot :-)
    Bon, benh désolé OShine, il va falloir tout jeter à la poubelle!

    Edit: si on se restreint à $End(G)$, on a au moins une structure de module...
    C’est déjà ça...
  • Je crois quand même que l'idée est là.

    On peut dire que si $(V,+)$ est un groupe commutatif, alors la donnée d'une structure de $\K$-espace vectoriel sur $V$ est équivalente à la donnée d'un morphisme d'anneaux $\K\to End(V)$ où $End(V)$ est l'anneau des endomorphisme de $V$ en tant que groupe.
  • Ah benh voilà...
    Merci pour avoir mis de l’ordre dans tout ça mon cher Raoul.
  • $(x\mapsto x)$ et $(x\mapsto -x)$ sont, me semble-t-il, des automorphismes d'un groupe abélien $G$ dans lui-même.
    L'homomorphisme somme est ce qui se fait sans doute de plus éloigné d'un automorphisme de $G$. :-D
  • @Poirot
    Ok merci pour ces précisions. Je l'admets pour l'instant. Dans les cours que j'ai étudié, on donnait juste la définition d'un espace vectoriel avec 3 exemples du genre $\K$ est un $\K$ espace vectoriel, $\C$ est un $\C$ espace vectoriel, $\C$ est un $\R$ espace vectoriel.

    @Ibni
    Je laisse tomber je ne comprends pas ton intervention. Je n'ai jamais étudié de choses aussi compliquées.
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