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ExerciceMaths Sup – MPSI, chapitre 14 — Espaces vectoriels et applications linéaires · Exercices de synthèse

Exercice 76

DémonstrationCalcul

Soit ff et gg les endomorphismes de ℝ[X]\mathbb{R}[X] définis par f(P)=P′f(P) = P' et g(P)=P(0)g(P) = P(0), la constante P(0)P(0) étant vue comme un polynôme.

1. Déterminer Ker f\mathrm{Ker}\, f, Ker g\mathrm{Ker}\, g, Im⁡f\operatorname{Im} f et Im⁡g\operatorname{Im} g.

2. Vérifier que ℝ[X]=Ker f+Ker g=Im⁡f+Im⁡g\mathbb{R}[X] = \mathrm{Ker}\, f + \mathrm{Ker}\, g = \operatorname{Im} f + \operatorname{Im} g. Les deux sommes sont-elles directes ?

Le chapitre 15 montrera que, dans un espace de dimension finie, ces deux égalités entraînent que les deux sommes sont directes.

Corrigé

1. Le noyau de ff est formé des constantes, et ff est surjective (exercice 41, ou primitive d'un polynôme). Le noyau de gg est Xℝ[X]X\mathbb{R}[X], et son image est formée des constantes. Ker f=ℝ0[X],Ker g=Xℝ[X],Im⁡f=ℝ[X],Im⁡g=ℝ0[X]\boxed{\mathrm{Ker}\, f = \mathbb{R}_{0}[X], \quad \mathrm{Ker}\, g = X\mathbb{R}[X], \quad \operatorname{Im} f = \mathbb{R}[X], \quad \operatorname{Im} g = \mathbb{R}_{0}[X]}

2. Tout polynôme s'écrit P(0)+(P−P(0))P(0) + \big(P - P(0)\big) : ℝ[X]=Ker f⊕Ker g\mathbb{R}[X] = \mathrm{Ker}\, f \oplus \mathrm{Ker}\, g, et cette somme est directe. La somme Im⁡f+Im⁡g\operatorname{Im} f + \operatorname{Im} g vaut ℝ[X]\mathbb{R}[X], mais elle n'est pas directe, puisque Im⁡g⊂Im⁡f\operatorname{Im} g \subset \operatorname{Im} f. ℝ[X]=Ker f⊕Ker g=Im⁡f+Im⁡g, la seconde somme n’eˊtant pas directe\boxed{\mathbb{R}[X] = \mathrm{Ker}\, f \oplus \mathrm{Ker}\, g = \operatorname{Im} f + \operatorname{Im} g, \text{ la seconde somme n'étant pas directe}}

Dans l'édifice

Thèmes

applications linéaires, espaces de polynômes

Notions

application linéaire

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