Bac Sciences Mathématiques & Lycée
Espaces vectoriels
ĂnoncĂ© avec corrigĂ© dĂ©taillĂ©
Conseil méthodologique : Cherchez attentivement cet exercice au brouillon pendant 15 à 30 minutes avant de consulter la solution détaillée ci-dessous.
ĂnoncĂ© de l'exercice :
Soient $~a,b,c~$ trois réels quelconques.
On définit :
\begin{align*}
f_a~&:~ x~\mapsto~\sin(x+a)\\
f_b~&:~ x~\mapsto~\sin(x+b) \\
f_c~&:~ x~\mapsto~\sin(x+c)
\end{align*}
Montrer que ces trois fonctions sont liées.
Solution Détaillée & Corrigé Pas à Pas Corrigé complet
Indépendance linéaire et dimension de l'espace
Soient $a, b$ et $c$ trois réels.
On considĂšre les fonctions:
$f_a(x) = \sin(x+a)$, $f_b(x) = \sin(x+b)$ et $f_c(x) = \sin(x+c)$.
Montrons que la famille $(f_a, f_b, f_c)$ est liée.
Démonstration par l'argument de dimension
- D'aprÚs les formules d'addition, pour tout réel $\theta$, on a :
$f_\theta(x) = \sin(x+\theta) = \cos \theta \sin x + \sin \theta \cos x$. - Soit $E$ l'ensemble des fonctions de la forme $x \mapsto \alpha \sin x + \beta \cos x$, oĂč $(\alpha, \beta) \in \mathbb{R}^2$.
On peut facilement vérifier que la famille $(\sin, \cos)$ est une famille libre, elle constitue donc une base de $E$. - Par conséquent, l'espace vectoriel $E$ est de dimension : \[\dim(E) = 2\]
- Or, les trois fonctions $f_a, f_b$ et $f_c$ sont des éléments de $E$ car elles sont des combinaisons linéaires des fonctions $\sin$ et $\cos$.
- Conclusion :
La famille $(f_a, f_b, f_c)$ est formĂ©e de 3 vecteurs dans un espace de dimension 2. Une famille dont le cardinal est strictement supĂ©rieur Ă la dimension de l'espace ne peut pas ĂȘtre libre. Elle est donc nĂ©cessairement liĂ©e.