Soit n un nombre entier naturel supérieur ou égal à deux. Soient P et Q deux matrices carrées de l'ensemble Mn(C). On désigne la matrice unité par In. On fait l'hypothèse que la matrice In−PQ est inversible.
Développer l'expression E suivante : E=(In−QP)(In−Q(In−PQ)−1P).
Correction
On a : E=(In−QP)(In−Q(In−PQ)−1P) Soit : E=(In−QP)In−(In−QP)Q(In−PQ)−1P Soit encore : E=In−QP−InQ(In−PQ)−1P−QPQ(In−PQ)−1P D'où : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P−QPQ(In−PQ)−1P Ce que nous allons écrire comme : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P+Q(−PQ)(In−PQ)−1P Les deux dernier terme diffèrent par la présence du terme PQ. Afin de pouvoir l'exploiter, on va simplement écrire que : −PQ=I3−PQ+I3=(I3−PQ)+I3 Ceci a l'avantage de faire apparaitre le terme I3−PQ qui lui est déjà présent par son inverse juste après. Ce qui nous donne donc : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P+Q((I3−PQ)+I3)(In−PQ)−1P Ce qui va nous permettre d'obtenir : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P+(Q(I3−PQ)+QI3)(In−PQ)−1P Mais QI3=Q. Donc : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P+(Q(I3−PQ)+Q)(In−PQ)−1P Et aussi : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P+Q(I3−PQ)(In−PQ)−1P+Q(In−PQ)−1P Or, on a (I3−PQ)(In−PQ)−1=I3. Ainsi : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P+QI3P+Q(In−PQ)−1P Mais QI3P=QP, d'où : E=In−QP−Q(In−PQ)−1P+QP+Q(In−PQ)−1P En simplifiant les termes QP on arrive à : E=In−Q(In−PQ)−1P+Q(In−PQ)−1P En simplifiant les termes Q(In−PQ)−1P on trouve finalement que : E=In
Question 2
Que pouvez-vous conclure ?
Correction
On a donc montrer que : E=In A savoir : (In−QP)(In−Q(In−PQ)−1P)=In De façon équivalente : (In−QP)×(In−Q(In−PQ)−1P)=In Mais on sait que (In−QP)×(In−QP)−1=In Par identification, on en déduit que (In−QP) est inversible et l'expression de (In−QP)−1 est : (In−QP)−1=In−Q(In−PQ)−1P
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