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Espaces Vectoriels

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(xy+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
Premieˋreeˊtape:{\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 : (xy+z=0)(x - y + z = 0) et (3x+2y+5z=0)(3x + 2y + 5z = 0). Donc EE est inclus dans K\mathbb{K}.
Deuxieˋmeeˊtape:{\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 :
(00+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
Troisieˋmeeˊtape:{\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 :
{xy+z=03x+2y+5z=0xy+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=(xy+z)+λ(xy+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+λvEu + \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.