Flashcards : Sous-espaces vectoriels et engendrement (80 cartes)

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1Question

Que désigne KnK^n lorsque nn est non nul et K=RK=\mathbb{R} ou C\mathbb{C} ?

Réponse

L’ensemble des n-listes d’éléments de KK.

2Question

Comment appelle-t-on les éléments de KK dans KnK^n ?

Réponse

Des scalaires.

3Question

Quel est le vecteur nul de KnK^n ?

Réponse

(0,0,…,0)(0,0,\ldots,0).

4Question

Comment définit-on l’addition dans KnK^n ?

Réponse

Par addition terme à terme.

5Question

Quelles propriétés possède l’addition dans KnK^n ?

Réponse

Elle est associative et commutative.

6Question

Comment définit-on le produit d’un scalaire λ\lambda par un vecteur uu dans KnK^n ?

Réponse

λ⋅u=(λu1,…,λun)\lambda\cdot u=(\lambda u_1,\ldots,\lambda u_n).

7Question

Qu’est-ce qu’une combinaison linéaire de vecteurs de KnK^n ?

Réponse

Un vecteur de la forme λ1u1+⋯+λpup\lambda_1u_1+\cdots+\lambda_pu_p, où les coefficients sont dans KK.

8Question

Quelle structure forme KnK^n avec l’addition et la multiplication scalaire ?

Réponse

Un KK-espace vectoriel.

9Question

Quelles conditions définissent un sous-espace vectoriel de KnK^n ?

Réponse

Il contient le vecteur nul et est stable par addition et multiplication scalaire.

10Question

Que garantit l’intersection de deux sous-espaces vectoriels de KnK^n ?

Réponse

C’est un sous-espace vectoriel de KnK^n.

11Question

Pourquoi l’intersection de deux sous-espaces vectoriels de KnK^n est-elle non vide ?

Réponse

Elle contient le vecteur nul.

12Question

Quelle propriété de stabilité possède l’intersection de deux sous-espaces vectoriels de KnK^n ?

Réponse

Elle est stable par combinaison linéaire.

13Question

Quel est le statut général de la réunion de deux sous-espaces vectoriels ?

Réponse

Elle n’est généralement pas un sous-espace vectoriel.

14Question

Comment définit-on Vect⁡(u1,…,up)\operatorname{Vect}(u_1,\ldots,u_p) pour une famille de vecteurs de KnK^n ?

Réponse

L’ensemble de toutes les combinaisons linéaires des vecteurs de la famille.

15Question

Quel est le plus petit sous-espace vectoriel de KnK^n contenant u1,…,upu_1,\ldots,u_p ?

Réponse

Vect⁡(u1,…,up)\operatorname{Vect}(u_1,\ldots,u_p).

16Question

Quelles représentations peut-on utiliser pour un sous-espace vectoriel de KnK^n ?

Réponse

Des équations cartésiennes, une paramétrisation ou une famille génératrice.

17Question

Quelle première opération permet de paramétrer un sous-espace défini par des équations cartésiennes ?

Réponse

Résoudre le système formé par les équations.

18Question

Comment obtenir une famille génératrice à partir d’une paramétrisation ?

Réponse

Décomposer le vecteur en une combinaison linéaire dont les coefficients sont les paramètres.

19Question

Que donnent les équations auxiliaires de compatibilité lors du passage aux équations cartésiennes ?

Réponse

Les équations cartésiennes.

20Question

Quand une famille de vecteurs engendre-t-elle un sous-espace vectoriel E ?

Réponse

Lorsque E=Vect⁡(u1,…,up)E=\operatorname{Vect}(u_1,\ldots,u_p).

21Question

Que devient le caractère générateur après ajout de vecteurs de E ?

Réponse

Il est conservé.

22Question

Quand une famille u1,…,upu_1,\ldots,u_p est-elle libre ?

Réponse

Si toute combinaison linéaire nulle a tous ses coefficients nuls.

23Question

À quelle condition la famille réduite à uu est-elle libre ?

Réponse

Lorsque u≠0u\neq 0.

24Question

Quelles propriétés caractérisent une base d’un sous-espace vectoriel EE ?

Réponse

Elle est libre et génératrice de EE.

25Question

Que peut-on affirmer des bases d’un sous-espace vectoriel EE de KnK^n ?

Réponse

Elles existent toutes et ont le même cardinal.

26Question

Comment se définit la dimension d’un sous-espace vectoriel EE ?

Réponse

C’est le nombre de vecteurs d’une base de EE, noté dim⁡(E)\dim(E).

27Question

Combien de vecteurs au minimum contient une famille génératrice d’un espace de dimension pp ?

Réponse

Au moins pp vecteurs.

28Question

Quelle est la dimension de l’espace engendré par (1,0,1)(1,0,1) et (3,1,1)(3,1,1) ?

Réponse

22

29Question

Combien de vecteurs au maximum une famille libre de EE peut-elle contenir si dim⁡(E)=p\dim(E)=p ?

Réponse

Au plus pp vecteurs.

30Question

Que peut-on conclure si E⊂FE\subset F et dim⁡(E)=dim⁡(F)\dim(E)=\dim(F) ?

Réponse

E=FE=F

31Question

Que représentent les coordonnées de uu dans la base B=(e1,…,ep)B=(e_1,\ldots,e_p) ?

Réponse

Les uniques scalaires x1,…,xpx_1,\ldots,x_p tels que u=∑i=1pxieiu=\sum_{i=1}^{p}x_i e_i.

32Question

Comment s’écrit la matrice colonne des coordonnées de uu dans B=(e1,…,ep)B=(e_1,\ldots,e_p) ?

Réponse

Mat⁡B(u)=(u1,…,up)T\operatorname{Mat}_B(u)=(u_1,\ldots,u_p)^T, où les uiu_i sont ses coordonnées dans BB.

33Question

À quoi correspond le rang d’une famille de vecteurs ?

Réponse

À la dimension du sous-espace vectoriel qu’elle engendre.

34Question

Quelles bornes limitent le rang d’une famille de qq vecteurs dans EE ?

Réponse

Il est inférieur ou égal à qq et à dim⁡(E)\dim(E).

35Question

À quelle condition une famille de qq vecteurs est-elle libre ?

Réponse

Son rang vaut qq.

36Question

À quelle condition une famille de vecteurs est-elle génératrice de EE ?

Réponse

Son rang vaut dim⁡(E)\dim(E).

37Question

Quelle distributivité relie λ+μ\lambda+\mu et un vecteur uu ?

Réponse

(λ+μ)⋅u=λ⋅u+μ⋅u(\lambda+\mu)\cdot u=\lambda\cdot u+\mu\cdot u.

38Question

Pour quels cas λ ⋅ u est-il égal au vecteur nul dans Kⁿ ?

Réponse

Lorsque λ = 0 ou u est le vecteur nul.

39Question

Dans C2\mathbb{C}^2, que vaut au+bv+cwau+bv+cw pour les vecteurs de l’exemple ?

Réponse

(a+c+ic, ai+b−2c).(a+c+ic,\ ai+b-2c).

40Question

Quelle stabilité peut remplacer l’addition et la multiplication scalaire pour définir un sous-espace vectoriel ?

Réponse

La stabilité par combinaison linéaire de deux vecteurs.

41Question

Quelle condition peut remplacer la présence du vecteur nul avec le critère de combinaison linéaire ?

Réponse

La non-vacuité de l’ensemble.

42Question

Quel est le plus petit sous-espace vectoriel de KnK^n pour l’inclusion ?

Réponse

Le singleton constitué du vecteur nul.

43Question

Quel est le plus grand sous-espace vectoriel de KnK^n pour l’inclusion ?

Réponse

L’espace KnK^n.

44Question

Pourquoi l’ensemble des (x,y)(x,y) tels que x=2yx=2y est-il un sous-espace de R2\mathbb{R}^2 ?

Réponse

Ses éléments restent de la forme (2y,y)(2y,y) par combinaison linéaire.

45Question

Quel ensemble de R3\mathbb{R}^3 défini par 2x−y=3x−z=02x-y=3x-z=0 est un sous-espace vectoriel ?

Réponse

L’ensemble des vecteurs (x,2x,3x)(x,2x,3x), où x∈Rx\in\mathbb{R}.

46Question

Pourquoi les vecteurs de R3\mathbb{R}^3 vérifiant x+y+z=0x+y+z=0 forment-ils un sous-espace ?

Réponse

Toute combinaison linéaire de deux vecteurs satisfaisant l’équation la satisfait encore.

47Question

Dans R3\mathbb{R}^3, quelles équations définissent l’intersection de E={(x,y,z)∣x=0}E=\{(x,y,z)\mid x=0\} et F={(x,y,z)∣y=0}F=\{(x,y,z)\mid y=0\} ?

Réponse

x=y=0x=y=0.

48Question

Dans R3\mathbb{R}^3, quel sous-espace est l’intersection des plans x=0x=0 et y=0y=0 ?

Réponse

L’axe défini par x=y=0x=y=0.

49Question

Dans R2\mathbb{R}^2, pourquoi la réunion des axes n’est-elle pas stable par addition ?

Réponse

La somme (2,0)+(0,1)=(2,1)(2,0)+(0,1)=(2,1) n’appartient pas à cette réunion.

50Question

Quel est le sous-espace engendré par la famille vide ?

Réponse

{0Kn}\{0_{K^n}\}.

51Question

Quel est le sous-espace engendré par le seul vecteur nul ?

Réponse

{0Kn}\{0_{K^n}\}.

52Question

Quelle est la nature de Vect⁡(u)\operatorname{Vect}(u) lorsque uu est non nul ?

Réponse

La droite vectorielle engendrée par uu.

53Question

Comment s’écrit Vect⁡(u)\operatorname{Vect}(u) lorsque uu est non nul ?

Réponse

{λu∣λ∈K}\{\lambda u\mid\lambda\in K\}.

54Question

Quelle est la nature de Vect⁡(u,v)\operatorname{Vect}(u,v) lorsque uu et vv sont non colinéaires ?

Réponse

Le plan vectoriel engendré par uu et vv.

55Question

Comment s’écrit Vect⁡(u,v)\operatorname{Vect}(u,v) pour deux vecteurs non colinéaires ?

Réponse

{λu+μv∣(λ,μ)∈K2}\{\lambda u+\mu v\mid(\lambda,\mu)\in K^2\}.

56Question

Quelle forme prend une équation cartésienne d’un sous-espace de KnK^n ?

Réponse

a1x1+⋯+anxn=0a_1x_1+\cdots+a_nx_n=0, avec les inconnues et les paramètres dans KnK^n.

57Question

Que décrit une paramétrisation d’un ensemble de vecteurs ?

Réponse

Des coordonnées exprimées comme combinaisons linéaires de paramètres parcourant KK.

58Question

Que choisit-on comme paramètres pour passer d’une famille génératrice à une paramétrisation ?

Réponse

Les coefficients de la combinaison linéaire.

59Question

Quel espace les vecteurs canoniques engendrent-ils dans Kn\mathbb{K}^n ?

Réponse

Ils engendrent Kn\mathbb{K}^n.

60Question

La famille canonique de Kn\mathbb{K}^n est-elle libre ?

Réponse

Elle est libre.

61Question

Que peut-on conclure de la famille (u,λu)(u,\lambda u) ?

Réponse

Elle est liée, même si λ=0\lambda=0.

62Question

Quelle famille est une base de KnK^n ?

Réponse

La famille canonique (e1,…,en)(e_1,\ldots,e_n).

63Question

Quelle est la dimension du sous-espace réduit au vecteur nul ?

Réponse

Sa dimension est 00.

64Question

Quelles sont les dimensions d’une droite et d’un plan vectoriels ?

Réponse

Une droite a dimension 11 et un plan a dimension 22.

65Question

Quelle est la dimension de KnK^n ?

Réponse

nn.

66Question

Comment extraire une base d’une famille génératrice ?

Réponse

On élimine les vecteurs qui sont combinaisons linéaires des autres, puis on vérifie que les vecteurs conservés sont libres.

67Question

Dans l’espace engendré par (1,0),(0,−1),(1,1)(1,0),(0,-1),(1,1), quel vecteur peut-on éliminer ?

Réponse

(1,1)(1,1), car il est combinaison linéaire des deux autres.

68Question

Dans l’exemple de K3K^3, quelle équation exprime l’égalité de la première coordonnée à zéro ?

Réponse

a+3b+c=0a+3b+c=0

69Question

Combien de triplets solutions possède le système réduit de l’exemple ?

Réponse

Une infinité de triplets solutions.

70Question

Quelle relation lie les trois vecteurs de l’exemple de EE ?

Réponse

(1,−1,3)=4(1,0,1)−(3,1,1)(1,-1,3)=4(1,0,1)-(3,1,1)

71Question

Quelles propriétés d’une base garantissent l’existence et l’unicité d’une décomposition ?

Réponse

La propriété génératrice garantit l’existence, et la liberté garantit l’unicité.

72Question

Quelles sont les coordonnées de (x1,…,xn)(x_1,\ldots,x_n) dans la base canonique de Kn\mathbb{K}^n ?

Réponse

Ses composantes x1,…,xnx_1,\ldots,x_n.

73Question

Pourquoi ((1,1),(1,−1))((1,1),(1,-1)) est-elle une base de R2\mathbb{R}^2 ?

Réponse

Elle est libre et contient deux vecteurs dans un espace de dimension 2.

74Question

Quelles sont les coordonnées de (x,y)(x,y) dans la base ((1,1),(1,−1))((1,1),(1,-1)) ?

Réponse

(x+y2,x−y2)\left(\frac{x+y}{2},\frac{x-y}{2}\right).

75Question

Quelles sont les coordonnées de P=a+bX+cX2P=a+bX+cX^2 dans la base canonique de K2[X]\mathbb{K}_2[X] ?

Réponse

(a,b,c)(a,b,c).

76Question

Combien de lignes possède la matrice colonne des coordonnées d’un vecteur dans une base de EE ?

Réponse

Autant de lignes que la dimension de EE.

77Question

Comment comparer le rang d’une famille de vecteurs de KnK^n au rang de sa matrice de coordonnées ?

Réponse

Ils sont égaux.

78Question

Quelle matrice forme-t-on pour tester si une famille de vecteurs est libre ou génératrice ?

Réponse

Sa matrice de coordonnées dans une base.

79Question

Quel critère de rang détermine si une famille est libre ?

Réponse

Son rang égale son nombre de vecteurs.

80Question

Quel critère de rang détermine si une famille est génératrice du sous-espace considéré ?

Réponse

Son rang égale la dimension du sous-espace.

Teste-toi avec le QCM

Teste tes connaissances avec un QCM de 30 questions sur Sous-espaces vectoriels et engendrement.

1. Dans C3\mathbb{C}^3, comment s’appelle (2−i,0,4) (2-i, 0, 4) et quel est l’ensemble auquel appartiennent ses coordonnées ?

2. Pour u=(3,−2,1)u=(3,-2,1) et v=(−1,4,5)v=(-1,4,5) dans R3\mathbb{R}^3, quel est le résultat de leur addition ?

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