Bac Sciences Mathématiques & Lycée
Structures algébriques
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 :
On considĂšre lâensemble $F$ des matrices carrĂ©es dâordre 2 de la forme:
$$M_{\alpha}=\begin{pmatrix}
\cos{\alpha}&-\sin{\alpha}\\
\sin{\alpha}&\cos{\alpha}
\end{pmatrix}$$
Montrer que $~~(F,\times)~~$ est un groupe commutatif.
Solution Détaillée & Corrigé Pas à Pas Corrigé complet
1. Stabilité de F pour la multiplication
Soient deux matrices $M_{\alpha}$ et $M_{\beta}$ de $F$.
Effectuons leur produit :
Alors $M_{\alpha + \beta} \in F$. La loi $\times$ est stable dans $F$.
2.Montrons que F est un sous groupe de $GL_2(\Bbb R)$
-
ĂlĂ©ment neutre : Pour $\alpha = 0$, on a $I_2=M_0 = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} ~~$ appartient Ă $F$. Et donc $F$ est non vide.
- ĂlĂ©ment symĂ©trique : $M_{\alpha} $, admet pour symĂ©trique $M_{(-\alpha)}$.
En effet: $$M_{\alpha} \times M_{-\alpha} = M_{\alpha-\alpha} = M_0 = I_2$$
3. Commutativité
D'aprÚs le calcul précédent :
\[ M_{\alpha} \times M_{\beta} = M_{\alpha + \beta} = M_{\beta + \alpha} = M_{\beta} \times M_{\alpha} \]La loi est commutative car l'addition dans $\mathbb{R}$ l'est.
Conclusion
L'ensemble $F$ muni de la multiplication est un groupe commutatif.
On peut également noter que l'application suivante est un morphisme de groupes :
\begin{align*} \phi : &\mathbb{R} \longrightarrow F\\ &\alpha \longmapsto M_{\alpha}\\ \end{align*}