On considère les matrices A=⎝⎛0−1112−1−1−12⎠⎞ et I3=⎝⎛100010001⎠⎞
Pour tout entier n≥2 , démontrer que : An=(2n−1)A+(2−2n)I3
Correction
Pour tout entier naturel n≥2 , posons la propriété Pn:An=(2n−1)A+(2−2n)I3 Etape d’initialisation : Il va falloir calculer A2 D’une part : Calculons A2 A2=A×A=⎝⎛0−1112−1−1−12⎠⎞⎝⎛0−1112−1−1−12⎠⎞(0−1112−1−1−12) A2=A×A=⎝⎛0−1112−1−1−12⎠⎞⎝⎛0×0+1×(−1)+(−1)×1(−1)×0+2×(−1)+(−1)×11×0+(−1)×(−1)+2×10×1+1×2+(−1)×(−1)(−1)×1+2×2+(−1)×(−1)1×1+(−1)×2+2×(−1)0×(−1)+1×(−1)+(−1)×2(−1)×(−1)+2×(−1)+(−1)×21×(−1)+(−1)×(−1)+2×2⎠⎞(0−1112−1−1−12) A2=A×A=⎝⎛0−1112−1−1−12⎠⎞⎝⎛−2−3334−3−3−34⎠⎞(0−1112−1−1−12) D’autre part : Calculons (22−1)A+(2−22)I3 (22−1)A+(2−22)I3=3A−2I3 (22−1)A+(2−22)I3=3⎝⎛0−1112−1−1−12⎠⎞−2⎝⎛100010001⎠⎞ (22−1)A+(2−22)I3=⎝⎛0−3336−3−3−36⎠⎞−⎝⎛200020002⎠⎞ (22−1)A+(2−22)I3=⎝⎛0−2−3336−2−3−3−36−2⎠⎞ (22−1)A+(2−22)I3=⎝⎛−2−3334−3−3−34⎠⎞ (22−1)A+(2−22)I3=A2 La propriété P2 est vraie. Etape d’heˊreˊditeˊ : On suppose qu'il existe un entier k≥2 tel que la propriété Pk soit vraie c'est-à-dire Ak=(2k−1)A+(2−2k)I3 et vérifions si la propriété est également vraie au rang k+1 c'est-à-dire Ak+1=(2k+1−1)A+(2−2k+1)I3 Ainsi : Ak+1=Ak×A Ak+1=((2k−1)A+(2−2k)I3)×A Ak+1=(2k−1)A×A+(2−2k)I3×A Ak+1=(2k−1)A2+(2−2k)A . Or d'après l'étape initialisation on a :A2=3A−2I3 Ak+1=(2k−1)(3A−2I3)+(2−2k)A Ak+1=2k×3A+2k×(−2I3)−3A+2I3+2A−2kA Ak+1=2k×3A−2k×2×I3−3A+2I3+2A−2kA Ak+1=2k×3A−2k+1×I3−A+2I3−2kA Ak+1=2k×2A−2k+1×I3−A+2I3 Ak+1=2k+1×A−2k+1×I3−A+2I3 Ak+1=2k+1×A−A+2I3−2k+1×I3 Ak+1=(2k+1−1)A+(2−2k+1)I3 Ainsi la propriété Pk+1 est vraie. Conclusion : Puisque la propriété P2 est vraie et que nous avons prouvé l'hérédité, on peut en déduire, par le principe de récurrence que pour tout entier n≥2 , on a Pn vraie, c'est à dire que pour tout entier naturel n≥2 , on a bien :
An=(2n−1)A+(2−2n)I3
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