Racine de Matrice

Bonjour ,

Lorsque A est une matrice symétrique positive , alors on peut trouver au moins une matrice B symétrique positive telle que B^2=A

Par exemple on peut écrire A= tP D P = tP D'D' P
avec D'^2=D ( D et D' diagonales)
Puis A= (tPD'P)(tPD'P)
et en posant B=tPD'P alors B est symétrique positive et B^2=A

Mais comment démontrer que B est unique ?

Merci de votre aide.

Madec

Réponses

  • C'est la condition de positivité de $B$ qui impose l'unicité, sinon on a 2 puissance le nombre de v.p. non nulles de $A$ solutions il me semble.
  • Plus explicitement, en notant $A=P^{-1}DP$ avec $D=\mathrm{diag}(\alpha_1,...,\alpha_r,0,...,0)$ (ici $r=\mathrm{rg} \, A$) alors les $B_{\mathbf{\varepsilon}}=P^{-1}D_{\mathbf{\varepsilon}}P$ avec $D_{\mathbf{\varepsilon}}=\mathrm{diag}(\varepsilon_1 \sqrt{\alpha_1},...,\varepsilon_r \sqrt{\alpha_r},0,...,0)$ sont solutions de $B^2=A$ lorsque $\mathbf{\varepsilon}=(\varepsilon_1,...,\varepsilon_r)$ décrit $\{ -1, 1 \}^r$. Mais seule la solution correspondant à $\mathbf{\varepsilon}=(1,...,1)$ est positive.
  • ...et bien sûr $\alpha_j >0$.
  • Je vais peut-être dire une bétise mais avec:

    $D=\textrm{diag}(0,\dots,0,\alpha_{1},\dots,\alpha_{r})$ (et $P$ changée en conséquence)

    ce ne change-t-il pas la matrice $B$?
  • Guiguiche a raison, cela ne suffit pas. L'unicité de B vient de l'unicité de ses valeurs propres et des sous-espaces propres associés. B est diagonalisable comme A, et on montre que les sous-espaces propres de B sont égaux à ceux de A. (concrètement si Alpha carré est valeur propre de A, alpha est valeur propre de A et Ker(b-alpha id)=Ker(a-alpha carré id). Un raisonnement par l'absurde en prenant deux matrices B1 et B2 et le raisonnement ci-dessus amène à B1=B2...

    Déoslée, je ne sais pas utiliser latex..

    Pingo
  • Merci à tous ,

    en fait en voulant montrer l'unicité j'étais arrivé au fait que si B et C sont solutions alors il existe P et Q tel que

    tP B P = D'
    tQ C Q = D'

    Mais ensuite celà ne semble pas évident d'en déduire que nécessairement P=Q et celà rejoint me semble t-il la remarque de guiguiche .

    Madec
  • guiguiche : oui, tu perturbes $P$ et $D$, sans changer $A$, mais alors comme tu perturbes de la même manière ce que j'ai noté $D_{\varepsilon}$ et qu'on pourrait noter $\sqrt{D}$, et que $B$ est définie similairement à $A$ à base de $\sqrt{D}$ et de $P$, tu fais subir à $B$ le même changement qu'à $A$ c'est-à-dire.. aucun.

    Madec : En supposant que $B^2=A$ et que $A=P^{-1}DP$, en notant $B'=PBP^{-1}$ on a $B'^2=D$ non... Je suis peut-être en train de délirer.

    Bon en tous cas le raisonnement de Pingo marche bien...
  • egoroff : Le raisonnement de Pingo n'est-il pas équivalent à l'argument de pertubation que tu me donnes?
  • Je dirais qu'il évite surtout de diagonaliser explicitement la matrice et donc d'ordonner les valeurs propres, donc nos histoires de permutations ne veulent plus dire grand-chose.
  • Lorsque A est une matrice symétrique positive , alors on peut trouver au moins une matrice B symétrique positive telle que B^2=A
    <BR>
    <BR>Par exemple on peut écrire A= tP D P = tP D'D' P
    <BR>avec D'^2=D ( D et D' diagonales)
    <BR>Puis A= (tPD'P)(tPD'P)
    <BR>et en posant B=tPD'P alors B est symétrique positive et B^2=A
    <BR>
    <BR>***********************************************************
    <BR>
    <BR>Si vous ne dites nulle part que P est choisie orthogonale, B ne sera pas forcément symétrique !
    <BR>Pour l'unicité, on peut aussi remarquer que si B^2=A avec B positive, alors nécessairement B=Q(A), où Q est **le** polynôme qui vérifie Q(lambda_i)=racine(lambda_i) pour les valeurs propres de A (avec degré < au nombre de v.p. distinctes).<BR>
  • Bonsoir ,

    Pour taupin,

    Ok si on se donne p valeurs propres distinctes de A alors je comprends qu'on puisse trouver un unique polynome Q de degré < p vérifiant
    Q( li) = Racine (li) ( via les polynomes interpolateurs de Lagrange je suppose)

    Mais je ne vois pas bien le passage à B=Q (A)
    on a facilement A= (Q(A))^2 et comme B^2=A alors
    B^2 = (Q(A))^2 mais ensuite ?

    Madec
  • Bonjour, Madec,
    si B^2=A et B symetrique positive, tu écris B=P D_B P^(-1) et donc A=P D_A P^(-1) avec D_A=D_B^2 : si Q est le polynôme dont j'ai parlé, on a bien Q(D_A)=D_B et donc aussi Q(A)=B. Comme c'est vrai chaque fois que B^2=A et B symetrique positive, et que Q est unique, B est unique : c'est Q(A) !
  • Ok merci taupin .
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