commutant d'une translation
Bonjour. Je cherche à déterminer l'ensemble $E$ des endomorphismes de $\R_n[X]$ qui commutent avec la translation $T : \R_n[X] \rightarrow \R_n[X]$, $P \mapsto P(X+1)$.
Voici une solution.
1) On montre que $E$ est un sous-espace stable par composition.
2) L'opérateur de dérivation $D : \R_n[X] \rightarrow \R_n[X]$, $P \mapsto P'$ appartient à $E$ donc pour tout entier $k$, $D^k$ appartient à $E$. Comme la famille $(D^k)_{0\le k \le n}$ est une famille libre, $n+1 \le \dim(E)$.
3) Pour montrer l'inégalité dans l'autre sens, on considère l'application $\phi : E \rightarrow \R_n[X]$, $f \mapsto f(X^n)$. On a que son noyau est nul. En effet, si $f(X^n)=0$ alors, comme $f \in \R_n[X]$, pour tout entier $k$, $f((X+k)^n)=0$. Or on montre (par un calcul de déterminant à la Vandermonde) que la famille $((X+k)^n)_{0\le k \le n}$ est une base de $\R_n[X]$. Donc $f$ est l'endomorphisme nul donc $\phi$ est injective. Donc $\dim(E) \le n+1$.
Conclusion : $E = \mathrm{vect}((D^k)_{0\le k \le n})$.
Question : je cherche une preuve plus simple sans utiliser l'application $\phi$ qui me paraît peu naturelle.
Réponses
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C'est un cas particulier d'endomorphisme cyclique : le vecteur $X^n$ est tel que $(X^n, T(X^n), T^2(X^n),...,T^n(X^n))$ est une base de $E$ (tu l'as vérifié dans ta preuve).Plus généralement, si $F$ est un ev de dimension finie, $T\in L(F)$ et $a\in F$ tel que $(a,T(a),....,T^{d-1}(a))$ soit une base de $F$, si $g$ commute avec $T$, tu peux décomposer $g(a)$ :$$g(a) = \sum_{k=0}^{d-1}\lambda_k T^k(a)$$puis vérifier que $g = \sum_{k=0}^{d-1} \lambda_k T^k$ (coïncidence sur les vecteurs d'une base) pour en déduire que la dimension du commutant est $d$.
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Pour info, dans ce sujet, est proposé exactement la solution présentée par l'OP.
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OK merci pour la généralisation.
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Bonjour!
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