Exercice E26

Exercice Publié par admin le 11 novembre 2025
Bac Sciences MathĂ©matiques & LycĂ©e Espaces vectoriels ÉnoncĂ© 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.

ÉnoncĂ© de l'exercice :

Soit $$A=\left(\begin{array}{ccc} -2&0&-4 \\ 0& 3&0 \\ 2&0&4\end{array}\right)$$
On pose: $$K=\left\{ V\in\mathbb R^3 / AV=0\right\}$$ Montrer que $K$ est un sous-espace vectoriel de $\mathbb R^3$. Donner un vecteur non nul $V_0$ de $K$.
On note: $~~\mathcal{B}=\left( E_1;E_2;E_3\right)~~$ la base canonique de $\mathbb R^3~,~~$ et $~~V_1=AE_1~~$ et $V_2=AE_2$.
Montrer que $\left( V_0; V_1;V_2\right)$ est une base de $\mathbb R^3$.
Solution Détaillée & Corrigé Pas à Pas Corrigé complet
Par définition: $$K = \{ V \in \mathbb{R}^3 \mid AV = 0 \}$$. Montrons qu'il s'agit d'un sous-espace vectoriel de $\mathbb{R}^3$ :
  • Ensemble K est non vide:
    Soit $~0_{\mathbb{R}^3}~,~$ le vecteur nul de $\mathbb{R}^3$.
    On a: $~~A \cdot 0_{\mathbb{R}^3} = 0_{\mathbb{R}^3}~~$, et donc $~~0_{\mathbb{R}^3} \in K$.
    L'ensemble K est donc non vide.

  • StabilitĂ© par combinaison linĂ©aire :

    Soient $(U, V) \in K^2$ et $(\lambda, \mu) \in \mathbb{R}^2$.
    Calculons $A(\lambda U + \mu V)$ en utilisant la linéarité du produit matriciel : \[ A(\lambda U + \mu V) = \lambda (AU) + \mu (AV) \] Comme $~U \in K~$ et $~V \in K~$, nous avons $~AU = 0$ et $AV = 0$.
    D'oĂč : $A(\lambda U + \mu V) = \lambda \cdot 0 + \mu \cdot 0 = 0$.
    Ainsi, $(\lambda U + \mu V) \in K$.
$K$ est donc un sous-espace vectoriel de $~\mathbb{R}^3$.
2. Recherche d'un vecteur non nul de K
Cherchons un vecteur $V_0 = \begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} \neq 0$ tel que $AV_0 = 0$ : $$\begin{pmatrix} -2 & 0 & -4 \\ 0 & 3 & 0 \\ 2 & 0 & 4 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x \\ y \\ z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}$$ Est équivalent à: \begin{cases} -2x - 4z = 0 \\\\ 3y = 0\\ \\ 2x + 4z = 0 \end{cases} Est équivalent à: \begin{cases} y = 0 \\\\ x = -2z \end{cases} En choisissant $z = 1$, nous obtenons le vecteur : $$V_0 = \begin{pmatrix} -2 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} $$
3. Étude de la famille (V₀, V₁, V₂)
Déterminons d'abord les vecteurs $V_1$ et $V_2$ :
  • $V_1 = AE_1$ correspond Ă  la premiĂšre colonne de $A$ : $$V_1 = \begin{pmatrix} -2 \\ 0 \\ 2 \end{pmatrix}$$
  • $V_2 = AE_2$ correspond Ă  la deuxiĂšme colonne de $A$ : $$V_2 = \begin{pmatrix} 0 \\ 3 \\ 0 \end{pmatrix}$$

Pour montrer que $(V_0, V_1, V_2)$ est une base de $\mathbb{R}^3$, il faut et il suffit de montrer que cette famille est libre:
En effet, l'équation: $$\alpha V_0 + \beta V_1 + \gamma V_2 = 0$$ Peut s'écrire: $$ \alpha \begin{pmatrix} -2 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix} + \beta \begin{pmatrix} -2 \\ 0 \\ 2 \end{pmatrix} + \gamma \begin{pmatrix} 0 \\ 3 \\ 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}$$ Ce qui équivaut à: \begin{cases} -2\alpha - 2\beta = 0 & (L_1) \\\\ 3\gamma = 0 & (L_2) \\\\ \alpha + 2\beta = 0 & (L_3) \end{cases} De $(L_2)$, on tire: $$\gamma = 0$$ En additionnant $(L_1)$ et $(L_3)$, on obtient : $$\beta = 0$$ En substituant dans dans $(L_3)$, il vient: $$\alpha = 0$$ La famille $~\mathcal B~$ est donc libre, et par conséquent, constitue une base de $~\Bbb R^3$