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path: root/semestre 2/maths/3- applications linéaires/cours.tex
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Diffstat (limited to 'semestre 2/maths/3- applications linéaires/cours.tex')
-rw-r--r--semestre 2/maths/3- applications linéaires/cours.tex234
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diff --git a/semestre 2/maths/3- applications linéaires/cours.tex b/semestre 2/maths/3- applications linéaires/cours.tex
new file mode 100644
index 0000000..e8c5963
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+++ b/semestre 2/maths/3- applications linéaires/cours.tex
@@ -0,0 +1,234 @@
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+%% Copyright: Copyright (c) 2024, YOUR NAME
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+\renewenvironment{proof}{$\square$ \footnotesize\textit{Démonstration.}}{\begin{flushright}$\blacksquare$\end{flushright}}
+
+\title{Applications linéaires et sous espace vectoriel}
+\author{William Hergès\thanks{Sorbonne Université - Faculté des Sciences, Faculté des Lettres}}
+
+\begin{document}
+ \maketitle
+ \tableofcontents
+ \newpage
+ \section{Définition}
+ \begin{defn}
+ Une application $f$ est dite linéaire de $E$ dans $F$ (deux sev) si et seulement si :
+ $$ \forall (a,b)\in E^2,\forall (x,y)\in E^2,\quad f(ax+by) = af(x)+bf(y) $$
+ \end{defn}
+ \begin{thm}
+ Toute application linéaire est représentable par une matrice.
+ \end{thm}
+ \begin{exemple}
+ Représentation d'une application linéaire de $\mathbb{R}^3\to \mathbb{R}^2$ :
+ $$ \begin{pmatrix} x\\y\\z \end{pmatrix} \longmapsto \begin{pmatrix} a_{1,1}&a_{1,2}&a_{1,3}\\a_{2,1}&a_{2,2}&a_{2,3} \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x\\y\\z \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} a_{1,1}x+a_{1,2}y+a_{1,3}z\\a_{2,1}x+a_{2,2}y+a_{2,3}z \end{pmatrix} $$
+ \end{exemple}
+ \begin{defn}
+ L'image de $A$ une matrice représentant l'application linéaire $f$ de $E$ dans $F$ est notée $\mathrm{Im}A$ et :
+ $$ \mathrm{Im}A =\{AX|X\in E\}$$
+ \end{defn}
+ L'image est l'ensemble des éléments atteints par l'application linéaire représentée par $A$.
+ \begin{defn}
+ Le noyau de $A$ une matrice représentant l'application linéaire $f$ de $E$ dans $F$ est noté $\mathrm{Ker}A$ et :
+ $$ \mathrm{Ker}A=\{X| AX = 0, X\in E\} $$
+ \end{defn}
+ Le noyau est l'ensemble des éléments donnant 0 par $f$.
+ \begin{defn}
+ La dimension d'un espace vectoriel est le nombre de vecteur d'une base (sauf si la base vaut $\{0\}$, dans ce cas là sa dimension vaut 0). On note la dimension de $E$ $\mathrm{dim}E$.
+
+ D'une manière formelle, soit $f$ une base de $E$, on a :
+ $$ \mathrm{dim}(E)=\mathrm{card}(f) $$
+ (où $\mathrm{card}$ est le cardinal de $f$)\\
+ sauf si $f=\{0\}$, où dans ce cas $\mathrm{dim}(E)=0$.
+ \end{defn}
+ \begin{thm}
+ La dimension de l'image de l'application linéaire $f$ représentée par les matrices $AX$ est égal au rang de $A$, i.e.
+ $$ \mathrm{dim}~\mathrm{Im}A = \mathrm{rg}A $$
+ \end{thm}
+ \begin{thm}[Théorème du rang]
+ Soit $f$ une application linéaire de $E$ dans $F$.
+
+ On a que :
+ $$ \mathrm{dim}E = \mathrm{dim}~\mathrm{Im}A+\mathrm{dim}~\mathrm{Ker}A $$
+ \end{thm}
+ \begin{thm}
+ Les vecteurs colonnes au dessus de la matrice $A$ se trouvant au dessus des pivots constituent une base de l'image.
+ \end{thm}
+ \begin{exemple}
+ On a :
+ $$ \begin{pmatrix} 1&1&0\\1&1&0 \end{pmatrix} $$
+ Après le pivot de Gauss, on obtient :
+ $$ \begin{pmatrix} \fbox{1}&1&0\\0&0&0 \end{pmatrix} $$
+ Donc, une base de l'image est $\begin{pmatrix} 1\\1 \end{pmatrix} $
+
+ Comme $\begin{pmatrix} 1&0&0\\0&1&0 \end{pmatrix}$ est déjà échelonné, on a que $\begin{pmatrix} 1&0\\0&1 \end{pmatrix}$ est une base de l'image.
+ \end{exemple}
+ \section{Sous espace vectoriel}
+ \begin{defn}
+ Un sous espace vectoriel $V$ est un espace vectoriel si et seulement si :
+ \begin{itemize}
+ \item $V\neq \varnothing$
+ \item pour tout $v_1,v_2\in V$, on a $v_1+v_2$ est bien dans $V$
+ \item pour tout $v$ dans $V$ et pour tout $\lambda$ dans $\mathbb{K}$, on a $\lambda v\in V$
+ \end{itemize}
+ \end{defn}
+ \begin{props}
+ L'image et le noyau d'une application linéaire sont des sous-espaces vectoriels.
+ \end{props}
+ \section{Déterminer une base du noyau}
+ On a une base de l'image et on a $A$, la matrice représentant l'application linéaire à l'origine.
+
+ On sait que la base du noyau possède $\mathrm{dim}(E)-\mathrm{dim}~\mathrm{Im}(A)$ (théorème du rang).
+
+ Pour chaque colonne sans pivot, on détermine un vecteur de la base du noyau (voir \href{}{ce gif})
+\end{document}