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Image d'une base : énoncé (MPSI)

Propriété

Image d'une base

Soit $f\in\mathcal{L}(E,F)$ et $(e_i)_{i\in I}$ une base de $E$. Alors :

  • $f$ est injective si et seulement si $(f(e_i))_{i\in I}$ est libre ;
  • $f$ est surjective si et seulement si $(f(e_i))_{i\in I}$ est génératrice de $F$ ;
  • $f$ est un isomorphisme si et seulement si $(f(e_i))_{i\in I}$ est une base de $F$.
Démonstration : Image d'une base
Démonstration

Preuve

Le point sur la surjectivité découle de $\operatorname{Im} f=\mathrm{Vect}(f(e_i))$.

Injectivité. Supposons $f$ injective et $\sum\lambda_if(e_i)=0_F$ (somme finie). Alors $f\big(\sum\lambda_ie_i\big)=0_F$, donc $\sum\lambda_ie_i\in\ker f=\{0_E\}$, puis tous les $\lambda_i$ sont nuls par liberté des $e_i$.

Réciproquement, supposons $(f(e_i))$ libre et soit $x\in\ker f$. On écrit $x=\sum\lambda_ie_i$. Alors $0_F=f(x)=\sum\lambda_if(e_i)$, donc tous les $\lambda_i$ sont nuls et $x=0_E$. Ainsi $\ker f=\{0_E\}$.

Le troisième point est la conjonction des deux premiers.

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Dans le cours

Espaces vectoriels et applications linéaires : Image d'une base