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Exercice corrigé : Matrices qui commutent

Exercice 12 · Matrices qui commutent

approfondissement●●●
Calculer avec les matrices élémentairesDéterminer un commutantComparer des coefficients de matrices

Soit $n\ge2$. On note $E_{ij}$ les matrices élémentaires de $\mathcal M_n(\mathbb K)$.

  1. Soit $\Delta=\operatorname{diag}(d_1,\dots,d_n)$. Montrer que pour $M\in\mathcal M_n(\mathbb K)$, $(\Delta M-M\Delta)_{ij}=(d_i-d_j)m_{ij}$. En déduire que les matrices qui commutent avec $D=\operatorname{diag}(1,2,\dots,n)$ sont exactement les matrices diagonales.
  2. Déterminer l'ensemble des matrices de $\mathcal M_3(\mathbb K)$ qui commutent avec $D'=\operatorname{diag}(1,1,2)$, et sa dimension.
  3. Montrer que pour $M\in\mathcal M_n(\mathbb K)$ : $ME_{ij}=\displaystyle\sum_{k=1}^nm_{ki}E_{kj}$ et $E_{ij}M=\displaystyle\sum_{l=1}^nm_{jl}E_{il}$.
  4. En déduire que les matrices qui commutent avec toutes les matrices de $\mathcal M_n(\mathbb K)$ sont les $\lambda I_n$, $\lambda\in\mathbb K$.

Le cours associé

Matrices

Notions à revoir

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