Groupe multiplicatif de matrices et commutant

Difficile
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Énoncé

I) Soit la matrice .

  1. Calculer , et , puis en déduire sous la forme avec .

  2. On pose . Montrer que est un groupe commutatif.

  3. Montrer que .

II) On pose .

  1. Montrer que est un espace vectoriel.

  2. Montrer que pour tout , il existe un unique couple tel que . En déduire une base de .

Indices

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1 Indice 1
Calcule $A^2$ en multipliant $A$ par elle-même, puis $A^3 = A \times A^2$, et enfin $A^6=(A^3)^2$ ; tu devrais trouver une matrice remarquable pour $A^3$ (proportionnelle à l'identité).
2 Indice 2
Pour montrer que $(G,\times)$ est un groupe, vérifie la stabilité, l'associativité (héritée du produit matriciel), l'existence d'un neutre ($A^6=I$) et d'un inverse pour chaque élément.
3 Indice 3
Pour l'ensemble $G$, utilise la division euclidienne de $n$ par $6$ pour ramener tout $A^n$ à l'un des $A^r$ avec $r\in\{0,\ldots,5\}$. Pour la partie II, cherche à quelles conditions sur les coefficients de $M$ l'égalité $AM=MA$ est vérifiée, puis identifie $a$ et $b$ tels que $M=aI+bA$.

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La méthode — par où commencer

Calcule en multipliant par elle-même, puis , et enfin ; tu devrais trouver une matrice remarquable pour (proportionnelle à l'identité).

Pour montrer que est un groupe, vérifie la stabilité, l'associativité (héritée du produit matriciel), l'existence d'un neutre () et d'un inverse pour chaque élément.

La rédaction complète, étape par étape, se trouve juste en dessous.

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