Comment démontrer que FF est un sous-espace vectoriel de EE - Exercice 2

15 min
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On désigne par K\mathbb{K} l'ensemble R\mathbb{R} ou C\mathbb{C}.
On note par EE l'ensemble suivant :
E={ (x ; y ; z)∈K3  ∣  (x−y+z=0)  et  (3x+2y+5z=0) }E = \left\lbrace \, (x \,;\, y \,;\, z) \in \mathbb{K}^3 \,\, | \,\, (x - y + z = 0) \,\, \mathrm{et} \,\, (3x + 2y + 5z = 0) \, \right\rbrace
Question 1

Démontrer que EE est un sous-espace vectoriel du K\mathbb{K}-espace vectoriel K3\mathbb{K}^3.

Correction
♣  Premieˋre  eˊtape:{\color{red}{\bf{\clubsuit \,\, Première \,\, étape :}}}
Chaque élément appartenant à EE est un élément particulier de K3\mathbb{K}^3. En effet, ce sont les triplés de K3\mathbb{K}^3, notés (x ; y ; z)(x \,;\, y \,;\, z), et qui vérifient simultanément les deux relations particulières suivantes : (x−y+z=0)(x - y + z = 0) et (3x+2y+5z=0)(3x + 2y + 5z = 0). Donc EE est inclus dans K\mathbb{K}.
♣♣  Deuxieˋme  eˊtape:{\color{red}{\bf{\clubsuit \clubsuit \,\, Deuxième \,\, étape :}}}
L'élément nul de K3\mathbb{K}^3 est 0K3=(0 ; 0 ; 0)0_{\mathbb{K}^3} = (0 \,;\, 0 \,;\, 0). Cet élément satisfait à la définition de l'ensemble EE car on a :
(0−0+0=0)(0 - 0 + 0 = 0) et (3×0+2×0+5×0=0)(3 \times 0 + 2 \times 0 + 5 \times 0 = 0)
De fait :
0K3=(0 ; 0 ; 0)∈E0_{\mathbb{K}^3} = (0 \,;\, 0 \,;\, 0) \in E
♣♣♣  Troisieˋme  eˊtape:{\color{red}{\bf{\clubsuit \clubsuit \clubsuit \,\, Troisième \,\, étape :}}}
Vérifions la stabilité de la combinaison linéaire.
Soient λ\lambda un nombre réel, ainsi que u=(x ; y ; z)∈Eu = (x \,;\, y \,;\, z) \in E et v=(x′ ; y′ ; z′)∈Ev = (x' \,;\, y' \,;\, z') \in E.
Ainsi on a les relations suivantes :
{x−y+z=03x+2y+5z=0x′−y′+z′=03x′+2y′+5z′=0\left\lbrace \begin{array}{rcl} x - y + z & = & 0 \\ 3x + 2y + 5z & = & 0 \\ x' - y' + z' & = & 0 \\ 3x' + 2y' + 5z' & = & 0 \end{array}\right.
On a :
u+λv=(x ; y ; z)+λ(x′ ; y′ ; z′)=(x ; y ; z)+(λx′ ; λy′ ; λz′)=(x+λx′ ; y+λy′ ; z+λz′)u + \lambda v = (x \,;\, y \,;\, z) + \lambda (x' \,;\, y' \,;\, z') = (x \,;\, y \,;\, z) + (\lambda x' \,;\, \lambda y' \,;\, \lambda z') = (x + \lambda x' \,;\, y + \lambda y' \,;\, z + \lambda z')
Donc on a les deux relations suivantes :
∙  x+λx′−(y+λy′)+z+λz′=(x−y+z)+λ(x′−y′+z′)=0+λ0=0+0=0\bullet \,\, x + \lambda x' - (y + \lambda y') + z + \lambda z' = (x - y + z) + \lambda(x' - y' + z') = 0 + \lambda 0 = 0 + 0 = 0
∙∙  3(x+λx′)+2(y+λy′)+5(z+λz′)=(3x+2y+5z)+λ(3x′+2y′+5z′)=0+λ0=0+0=0\bullet \bullet \,\, 3(x + \lambda x') + 2(y + \lambda y') + 5(z + \lambda z') = (3x + 2y + 5z) + \lambda (3x' + 2y' + 5z') = 0 + \lambda 0 = 0 + 0 = 0
On constate alors que si u=(x ; y ; z)∈Eu = (x \,;\, y \,;\, z) \in E et v=(x′ ; y′ ; z′)∈Ev = (x' \,;\, y' \,;\, z') \in E alors u+λv∈Eu + \lambda v \in E. La stabilité de la combinaison linéaire est établie.
▶  Conclusion:{\color{blue}{\bf{ \blacktriangleright \,\, Conclusion :}}}
L'ensemble EE est bien un sous-espace vectoriel du K\mathbb{K}-espace vectoriel K3\mathbb{K}^3.

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