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Prépa, 1re année › Dimension finie › Caractérisation des supplémentaires par la dimension

Caractérisation des supplémentaires par la dimension : énoncé (MPSI)

Propriété

Caractérisation des supplémentaires par la dimension

Soit $E$ de dimension finie et $F$, $G$ deux sous-espaces. Les assertions suivantes sont équivalentes :

  1. $E = F \oplus G$ ;
  2. $F \cap G = \{0\}$ et $\dim F + \dim G = \dim E$ ;
  3. $F + G = E$ et $\dim F + \dim G = \dim E$.
Démonstration : Caractérisation des supplémentaires par la dimension
Démonstration

Preuve

(1) entraîne (2) et (3) d'après la propriété sur les bases adaptées.

(2) $\Rightarrow$ (1) : par Grassmann, $\dim(F+G) = \dim F + \dim G - 0 = \dim E$. Comme $F + G \subset E$, on obtient $F + G = E$, et la somme est directe car $F \cap G = \{0\}$.

(3) $\Rightarrow$ (1) : par Grassmann, $\dim(F \cap G) = \dim F + \dim G - \dim(F+G) = \dim E - \dim E = 0$, donc $F \cap G = \{0\}$.

S’entraîner

Dans le cours

Dimension finie : Caractérisation des supplémentaires par la dimension