Réduction de Jordan et Dunford

Bonjour, j'essaie de faire la décomposition de Dunford de la matrice $A = \begin{pmatrix} 3&-1&1\\2&0&1\\1&-1&3 \end{pmatrix}$.
J'aimerais mettre cela en relation avec la réduction de Jordan en dimension 3 : ainsi, au lieu de faire comme l'exercice le préconise (trouver les sous-espaces caractéristiques en somme directe, calculer les polynômes caractéristiques des restrictions aux sous-espaces, en déduire que $A$ est une matrice diagonale par blocs avec les blocs $\lambda_i I + N_i$ : l'exercice est le début du Mines 2011), j'aimerais utiliser la réduction de Jordan.

Pour moi, cela consiste à trouver directement $P$ inversement tel que $P^{-1}AP = D+N$ où $D$ est diagonale et $N$ nilpotente.

On cherche les matrices $D$ et $N$ tel que $A = D+N$ où $D$ est diagonalisable et $N$ nilpotente de $\mathcal{M}_3(\C)$ qui commutent. Comme elles sont uniques, il suffit de se les donner.
Le polynôme caractéristique de $A$ est $$\chi_A = X^3 - 5X^2 + 8X -4 = (X-1)(X^2 - 4X + 4) = (X-1)(X-2)^2.$$ On va faire la décomposition de Jordan en dimension 3. Soit $a$ l'endomorphisme canoniquement associé à $A$. Les sous-espaces caractéristiques sont $E_1 = \ker(a- id_{\C^3})$ et $E_2 = \ker((a-2 id_{\C^3})^2)$. Avec un pivot de \Gauss, on trouve que $$E_1 = <\begin{pmatrix}
1\\1\\-1
\end{pmatrix}> \quad\text{ et }\quad E_2 = < \begin{pmatrix}
1\\1\\0
\end{pmatrix} > .$$ On cherche alors $e \in \C^3$ tel que $a(e) = e + \begin{pmatrix}
1\\1\\0
\end{pmatrix}$. On résout $(A-I_3)\begin{pmatrix}
x_1\\x_2\\x_3
\end{pmatrix} = \begin{pmatrix}
1\\1\\0
\end{pmatrix}$. Il vient $e = \begin{pmatrix}
\frac{1}{3}\\-\frac{1}{3}\\-\frac{1}{3}
\end{pmatrix}$. Comme $\begin{vmatrix}
1&1&\frac{1}{3}\\1&1&-\frac{1}{3} \\ -1&0&\frac{-1}{3}
\end{vmatrix} \neq 0$, $\left(\begin{pmatrix}
1\\1\\-1
\end{pmatrix}, \begin{pmatrix}
1\\1\\0
\end{pmatrix}, \begin{pmatrix}
\frac{1}{3}\\ - \frac{1}{3} \\ - \frac{1}{3}
\end{pmatrix} \right)$ est une base de $\R^3$. En posant $P = \begin{pmatrix}
1&1&\frac{1}{3}\\1&1&-\frac{1}{3}\\-1&0&-\frac{1}{3}
\end{pmatrix}$, on a $P^{-1} = \begin{pmatrix}
-\frac{1}{2}&\frac{1}{2}&-1 \\ 1 & 0 & 1 \\ \frac{3}{2} & -\frac{3}{2}&0
\end{pmatrix}$ et $$P^{-1}AP = \begin{pmatrix}
2&0&-\frac{1}{3}\\-1&2&1\\0&0&1
\end{pmatrix} = \underbrace{\begin{pmatrix}
2&0&0\\0&2&0\\0&0&1
\end{pmatrix}}_{D'} + \underbrace{\begin{pmatrix}
0&0&-\frac{1}{3} \\ -1 &0&1\\ 0&0&0
\end{pmatrix}}_{N'}.

$$ Donc ici on a la matrice $A$ qui s'écrit comme somme de $D'$ et $N'$ dans une certaine base. J'ai vu en faisant la généralisation de la décomposition de Dunford que si on posait $D = P^{-1}D'P$ et $N = P^{-1}N'P$, alors $D$ et $N$ étaient la décomposition de Dunford de $A$.
Mais : $$D = \begin{pmatrix}
1&0&-\frac{1}{3} \\ 1&2&\frac{1}{3} \\0&0&2
\end{pmatrix}$$ Cette matrice est diagonalisable.
Mais $N$ n'est pas du tout nilpotent.
Est-ce que vous pensez savoir où j'ai fait une erreur ? Merci d'avance.

Réponses

  • Salut,

    Est ce que tu es certain de ta matrice et de ton polynôme caractéristique ?
    sage: M                                                                         
    [ 3 -1  1]
    [ 2  0  1]
    [ 1 -1  3]
    sage:  M.charpoly().factor()       <<<  pas le meme que toi  !                                                
    (x - 3) * (x - 2) * (x - 1)
    sage: XA = (x-1)*(x-2)^2                                                        
    sage: XA(M)                                                                     
    [ 1 -1  2]
    [ 1 -1  2]
    [ 1 -1  2]
    
    
  • Bonjour,

    La trace de $A$ est $3+0+3=6$, donc son polynôme caractéristique doit commencer par $X^3-6X^2 ...$

    Cordialement,

    Rescassol
  • Vu le polynôme caractéristique, ta matrice a tout l’air d’être diagonalisable.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • C'est plus sympa de tenter Dunford avec $A=\begin{pmatrix}0&0&4\\1&0&-8\\0&1&5\end{pmatrix}$.
  • Oh la belle matrice compagnon.
    Algebraic symbols are used when you do not know what you are talking about.
            -- Schnoebelen, Philippe
  • Bien vu (tu)
  • Gai requin :
    sage: M = matrix(QQ,3,3,[0,0,4,1,0,-8,0,1,5])                                   
    sage: M.charpoly().factor()                                                     
    (x - 1) * (x - 2)^2                                         
    sage: f = (x-1)*(x-2)                                                           
    sage: xgcd(f,f.derivative())                                                                
    (1, -4, 2*x - 3)
    sage: u = 2*x-3                           # inverse de f' mod f                                                
    sage: it = lambda t: t- u * f(t)                                                            
    sage: t0 = x                                                                    
    sage: it(t0)                                                                    
    -2*x^3 + 9*x^2 - 12*x + 6
    sage: (it(t0)).mod(f)                                                           
    x
    sage: (it(t0)).mod(f^2)                                                         
    -2*x^3 + 9*x^2 - 12*x + 6
    sage: f(it(t0)).mod(f^2)                                                        
    0
    sage: P = it(t0)                                                                
    sage: D = P(M)                                                                  
    sage: f(D)     #                                                                       
    [0 0 0]
    [0 0 0]
    [0 0 0]
    sage: N = M-D     
    sage: N                                                                         
    [  2   4   8]
    [ -3  -6 -12]
    [  1   2   4]                                                              
    sage: N^2                                                                       
    [0 0 0]
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  • Bien joué flipflop Newton ;-)
  • Oui, j'ai fait n'importe quoi. Tout va mieux, merci beaucoup pour votre aide.
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