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Exercice corrigé : Codiagonalisation de deux endomorphismes qui commutent

Utiliser la stabilité des sous-espaces propres par un endomorphisme qui commuteDiagonaliser un endomorphisme induitConstruire une base adaptée à une somme directe

Soit $E$ un $\mathbb K$-espace vectoriel de dimension finie $n\geq1$, et $u,v\in\mathcal L(E)$ diagonalisables tels que $u\circ v=v\circ u$.

  1. Montrer que chaque sous-espace propre de $u$ est stable par $v$.
  2. Montrer que, pour tout $\lambda\in\mathrm{Sp}(u)$, l'endomorphisme induit par $v$ sur $E_\lambda(u)$ est diagonalisable.
  3. En déduire qu'il existe une base de $E$ formée de vecteurs propres communs à $u$ et $v$.
  4. Montrer que $u+v$ et $u\circ v$ sont diagonalisables.
  5. Montrer par un exemple dans $\mathcal M_2(\mathbb R)$ que la conclusion sur $u+v$ tombe en défaut sans l'hypothèse de commutation.

Le cours associé

Réduction des endomorphismes

Notions à revoir

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