Mini-question sur la réduction

Bonjour

Soit $u$ un endomorphisme d'un $\K$-espace vectoriel $E$.
Je sais que si $x\in E$ est un vecteur propre de $u$, alors il existe une unique valeur propre $\lambda\in\K$ de $u$ telle que $u(x)=\lambda x$. Cela vient de la "pseudo-intégrité" d'un espace vectoriel : $\forall (\alpha,t)\in\K\times E,\quad (\alpha t=0_E)\iff (\alpha=0_{\K}\text{ ou } t=0_E)$.

Maintenant, étant donnée une valeur propre $\lambda\in\K$ de $u$, il existe un vecteur propre $x\in E$ de $u$ tel que $u(x)=\lambda x$. Toutefois, on perd l'unicité en général (c'est très facile de trouver un contre-exemple), c'est mentionné dans tous les cours de réduction. Ma question est la suivante : auriez-vous une condition nécessaire et suffisante pour quand même avoir l'unicité, i.e. pour que l'ensemble $V_{\lambda}:=\{t\in E\mid t\neq 0_E\text{ et } u(t)=\lambda t\}$ soit réduit à $\{x\}$ ?

J'ai trouvé que c'était le cas si $(\lvert\K\rvert=2$ et $\lambda\neq 0_{\K})$ mais c'est sûrement trop fort.

Réponses

  • Si $x$ est un vecteur propre, tout multiple non nul de $x$ est un vecteur propre aussi. Si tu veux un seul vecteur propre, cela implique que le corps est de cardinal $2$, ce qui est vraiment beaucoup demander, et que la multiplicité de la valeur propre soit $1$. (En revanche, le fait que la valeur propre soit nulle ou pas ne devrait pas intervenir.)
  • Hello ! Un espace propre un espace vectoriel donc en effet à part quand K est de cardinal 2 et quand l'espace propre est de dimension 1 ça va etre dur d'avoir de l'unicité...
  • Merci à vous deux !

    On vérifie en effet que la bonne caractérisation est la suivante :

    Si $x\in E$ un vecteur propre de $u$ associé à la valeur propre $\lambda\in\K$, alors les assertions suivantes sont équivalentes :
    1. $x$ est l'unique vecteur propre de $u$ associé à $\lambda$.
    2. $\lvert\K\rvert=2$ et $\mathrm{dim}(\ker (u-\lambda\mathrm{Id}_E))=1$.
  • En soi, justement parce qu'on est dans le monde du linéaire, les questions de dimension sont plus naturelles à se poser que les questions de cardinal. Et justement, les valeurs propres associées à un espace propre de dimension $1$ sont les plus sympathiques d'un point de vue de la réduction de l'endomorphisme en question. Mais ça, tu le sais déjà.

    Cela dit, les espaces vectoriels finis, c'est marrant. C'est contre-intuitif quand on réfléchit toujours par rapport à $\R$ comme les habitués de la physique newtonienne que nous sommes, mais ça sert à 2-3 petites choses quand on est assez grand (théorie de Galois...)
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