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Prépa, 1re année › Dimension finie › Formule de Grassmann

Formule de Grassmann : énoncé (MPSI)

Théorème

Formule de Grassmann

Soit $F$ et $G$ deux sous-espaces de dimension finie d'un espace $E$. Alors $F + G$ est de dimension finie et $$\dim(F + G) = \dim F + \dim G - \dim(F \cap G).$$

Démonstration : Formule de Grassmann
Démonstration

Preuve

$F \cap G$ est un sous-espace de $G$, qui est de dimension finie : il admet un supplémentaire $H$ dans $G$, avec $G = (F \cap G) \oplus H$ et $\dim H = \dim G - \dim(F \cap G)$.

Montrons que $F + G = F \oplus H$.

  • $F \cap H = F \cap G \cap H$ car $H \subset G$, et $(F \cap G) \cap H = \{0\}$. Donc $F \cap H = \{0\}$.
  • $F + H \subset F + G$ car $H \subset G$.
  • Soit $x = f + g$ avec $f \in F$, $g \in G$. On écrit $g = k + h$ avec $k \in F \cap G$ et $h \in H$. Alors $x = (f + k) + h \in F + H$.

Ainsi $F + G = F \oplus H$ est de dimension finie et $$\dim(F + G) = \dim F + \dim H = \dim F + \dim G - \dim(F \cap G).$$

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Dans le cours

Dimension finie : Formule de Grassmann