
1 Diagonalisation d’une matrice de \(\mathcal{M}_3\) / 5 pts
Soit \(A = \begin{pmatrix}-2 & 3 & 2 \\ -2 & 3 & 2 \\ -3 & 3 & 3\end{pmatrix}\).
- Calculer \(\mathrm{tr}(A)\), \(\det(A)\) et la somme des mineurs principaux d’ordre 2, puis en déduire \(\chi_A\) (2 points).
- Déterminer les sous-espaces propres de \(A\) (2 points).
- Donner \(P\) inversible et \(D\) diagonale telles que \(A = PDP^{-1}\) (1 point).
2 Une matrice non diagonalisable / 4 pts
Soit \(B = \begin{pmatrix}5 & 4 \\ -1 & 1\end{pmatrix}\).
- Calculer \(\chi_B\) et déterminer \(E_3\) (1 point).
- Justifier que \(B\) n’est pas diagonalisable (1 point).
- Trouver une base dans laquelle \(B\) est triangulaire supérieure, et donner cette matrice (1 point).
- Poser \(N = B - 3I\), calculer \(N^2\) et en déduire \(B^n\) (1 point).
3 Un endomorphisme tel que \(A^3 = A\) / 4 pts
Soit \(A \in \mathcal{M}_3(\mathbb{R})\) vérifiant \(A^3 = A\).
- Quelles sont les valeurs propres possibles de \(A\) ? (1 point)
- Montrer que \(A\) est diagonalisable (1 point).
- Exprimer \(A^{2k+1}\) et \(A^{2k}\) pour \(k \geq 1\) (1 point).
- Pour \(A = \begin{pmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \\ 0 & 1 & 0\end{pmatrix}\), vérifier \(A^3 = A\), calculer \(\chi_A\) et \(\dim E_1\) (1 point).
4 Questions de cours / 3 pts
Dire si chaque affirmation est vraie ou fausse, avec une justification courte (1 point chacune).
- Toute matrice de \(\mathcal{M}_n(\mathbb{C})\) est trigonalisable.
- Si \(A \neq 0\) et \(A^2 = 0\), alors \(A\) n’est pas diagonalisable.
- Deux matrices de même polynôme caractéristique sont semblables.
5 Lemme des noyaux / 4 pts
Soit \(N = \begin{pmatrix}1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & -4 \\ 0 & 1 & 0\end{pmatrix}\) et \(P = (X-1)(X^2+4)\).
- Vérifier que \(P(N) = 0\) (1 point).
- Montrer que \(X - 1\) et \(X^2 + 4\) sont premiers entre eux, avec une relation de Bézout (1 point).
- En déduire la décomposition de \(\mathbb{R}^3\) en somme directe et identifier les deux sous-espaces (1 point).
- \(N\) est-elle diagonalisable dans \(\mathcal{M}_3(\mathbb{R})\) ? (1 point)
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