En raison de limitations techniques, la typographie souhaitable du titre, « Exercice : Formes linéaires et hyperplans Algèbre linéaire et calcul matriciel/Exercices/Formes linéaires et hyperplans », n'a pu être restituée correctement ci-dessus.
Exercice 1-1
Dans chacun des cas suivants, dire si l'ensemble est un hyperplan du -espace vectoriel :
;
;
;
;
;
;
.
Solution
Oui car est une forme linéaire non nulle.
Oui car , espace vectoriel de dimension , est un sous-espace de , et ce dernier est de dimension .
Non car sur , (défini par une équation complexe donc deux équations réelles) est de codimension 2.
Non car sur , n'est même pas un sous-espace vectoriel : mais .
Non car n'est même pas un sous-espace vectoriel : il ne contient pas (la matrice nulle de ).
Oui car est une forme linéaire non nulle.
Seulement si .
Exercice 1-2
Soit .
Justifier que est un hyperplan de . En déduire sa dimension.
En donner une base.
Donner toutes ses équations.
Donner tous ses supplémentaires dans .
Solution
est (de par sa définition) le noyau d'une forme linéaire non nulle sur donc c'est un hyperplan, c'est-à-dire un sous-espace vectoriel de codimension . Sa dimension est par conséquent .
. Puisque ces 3 vecteurs engendrent qui est de dimension 3, ils forment une base de .
a pour équation n'importe quel multiple de celle donnée au départ : , pour (mais la question est mal posée car a bien d'autres équations, par exemple , ou encore ).
Les supplémentaires de sont les droites vectorielles non incluses dans : avec .
Mêmes questions en remplaçant par et par .
Solution
Même justification pour « est un hyperplan » que précédemment pour (l'application — évidemment non constamment nulle — est bien une forme linéaire car et le sont ; la seconde l'est comme composée de l'application linéaire et de la forme linéaire ). Donc .
Si alors . Donc . Par le même raisonnement que pour , ces deux polynômes forment une base de .
Avec les mêmes notations que dans la question précédente, « les » équations de (mais voir la contestation précédente pour ) sont , pour .
Les supplémentaires de sont les droites avec .
Exercice 1-3
Soient un -espace vectoriel de dimension finie et des hyperplans de . On note . Montrer que .
Solution
Soient des formes linéaires sur de noyaux respectifs . Alors, est le noyau de l'application donc d'après le théorème du rang, .
On peut aussi procéder par récurrence, en remarquant que est soit égal à soit un hyperplan de , selon que la forme linéaire dont est le noyau est nulle ou pas sur .