ExerciceMaths approfondies, chapitre 6 — Espaces vectoriels · Exercices de synthèse
Exercice 19 Vrai ou faux
Pour chaque affirmation, dire si elle est vraie ou fausse en justifiant la réponse. Dans tout l'exercice, désigne un -espace vectoriel.
1. Un sous-espace vectoriel de contient toujours le vecteur nul.
2. La réunion de deux sous-espaces vectoriels de est un sous-espace vectoriel.
3. L'intersection de deux sous-espaces vectoriels de est un sous-espace vectoriel.
4. La somme de deux sous-espaces vectoriels de est un sous-espace vectoriel.
5. Deux sous-espaces vectoriels dont l'intersection est réduite au vecteur nul sont supplémentaires dans .
6. Une famille contenant le vecteur nul est liée.
7. Toute famille libre est génératrice.
8. Dans une base, tout vecteur se décompose d'une unique façon.
9. Une droite du plan ne passant pas par l'origine est un sous-espace vectoriel de .
10. Toute partie non vide de stable par combinaison linéaire est un sous-espace vectoriel.
Corrigé
1. C'est la conséquence immédiate de la proposition 1, obtenue en prenant et . Le cours en fait le premier réflexe de vérification.
2. Deux droites vectorielles distinctes du plan en fournissent un contre-exemple (exercice 4). La proposition 2 précise que la réunion n'est un sous-espace que si l'un des deux contient l'autre.
3. C'est le premier point de la proposition 2, valable pour une famille quelconque.
4. C'est le troisième point de la proposition 2. L'exercice 9 précise que c'est même le plus petit sous-espace contenant les deux.
5. Il faut de plus que leur somme soit tout entier. Deux droites vectorielles distinctes de ont une intersection réduite au vecteur nul, sans être supplémentaires.
6. Si , la combinaison est nulle sans que tous les coefficients le soient.
7. La famille est libre dans , mais n'engendre qu'une droite. L'exercice 15 en donne un autre exemple, avec deux vecteurs.
8. C'est la propriété caractéristique d'une base, signalée dans la remarque du cours : le caractère générateur donne l'existence, la liberté l'unicité.
9. Elle ne contient pas le vecteur nul. C'est l'exemple du cours, repris au panneau (c) de l'exercice 4.
10. C'est exactement la proposition 1 : non-vacuité et stabilité par .