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Prépa · MPSI / MP2I

QCM : Espaces préhilbertiens réels (Prépa, 1re année)

Ce chapitre ajoute à l'algèbre linéaire une notion de longueur et d'angle droit, grâce au produit scalaire. Il permet de résoudre des problèmes d'approximation (meilleure approximation d'une fonction par un polynôme, distance d'un point à un plan, moindres carrés) par une construction géométrique unique : la projection orthogonale.

Question 1

Laquelle de ces applications définit un produit scalaire sur $\mathbb{R}_2[X]$ ?

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Question 2

Soit $x,y$ deux vecteurs d'un espace préhilbertien réel. À quelle condition a-t-on $|\langle x,y\rangle|=\|x\|\,\|y\|$ ?

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Question 3

Dans $\mathbb{R}^3$ muni du produit scalaire canonique, on note $D=\operatorname{Vect}(u)$ avec $u=(1,1,0)$. Que vaut la projection orthogonale de $x=(1,2,3)$ sur $D$ ?

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Question 4

Dans $\mathbb{R}^3$ canonique, quelle est la distance du point $a=(1,0,2)$ au plan $H$ d'équation $x+y+z=0$ ?

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Question 5

Dans $\mathcal{M}_n(\mathbb{R})$ muni de $\langle A,B\rangle=\operatorname{tr}(A^\top B)$, quel est l'orthogonal de la droite $\operatorname{Vect}(I_n)$ ?

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Question 6

Dans $\mathbb{R}_1[X]$ muni de $\langle P,Q\rangle=\int_0^1P(t)Q(t)\,\mathrm{d}t$, on orthonormalise la famille $(1,X)$ par le procédé de Gram-Schmidt. Quel est le second vecteur $e_2$ obtenu ?

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Question 7

Dans un espace préhilbertien réel, laquelle de ces affirmations est toujours vraie ?

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Question 8

Soit $F$ un sous-espace de dimension finie d'un espace préhilbertien réel $E$, et $x\in E$. Que vaut $d(x,F)^2$ ?

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Question 9

Que vaut $\displaystyle\min_{a\in\mathbb{R}}\int_0^1(t-a)^2\,\mathrm{d}t$ ?

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Question 10

Soit $F$ un sous-espace quelconque, éventuellement de dimension infinie, d'un espace préhilbertien réel $E$. Laquelle de ces propriétés est toujours vraie ?

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