Solutions détaillées de neuf exercices sur la notion de produit scalaire (fiche 01). Cliquer ici pour accéder aux énoncés. Divers éléments théoriques sont disponibles dans cet article. Traitons directement le cas général. Soient et des réels tous distincts. Pour tout, l'application: est une forme linéaire (appelée » évaluation en «). Exercices sur le produit scalaire. Par conséquent, l'application: est une forme bilinéaire. Sa symétrie et sa positivité sont évidentes. En outre, si c'est-à-dire si alors (somme nulle de réels positifs) pour tout
Enfin, on sait que le seul élément de possédant racines est le polynôme nul. Bref, on a bien affaire à un produit scalaire. Ensuite, la bonne idée est de penser à l'interpolation de Lagrange. Notons l'unique élément de vérifiant: c'est-à-dire (symbole de Kronecker). Rappelons au passage, même si ce n'est pas utile ici, que est explicitement donné par:
Il est classique que est une base de En outre, pour tout: ce qui prouve que est une base orthonormale de pour ce produit scalaire.
Exercices Sur Le Produit Scolaire Comparer
Preuve de
Par contraposée. Supposons et soient tels que
Considérons une application nulle en dehors de et ne s'annulant pas dans
Par exemple:
Alors bien que ce qui montre que n'est pas définie positive. Encore par contraposée. Par hypothèse, il existe vérifiant
Vue la continuité de il existe un segment ainsi que tels que:
On constate alors que: ce qui impose pour tout
Ainsi,
Passer en revue les trois axiomes de normes va poser une sérieuse difficulté technique pour l'inégalité triangulaire. Montrons plutôt qu'il existe un produit scalaire sur pour lequel n'est autre que la norme euclidienne associée. Posons, pour tout:
Il est facile de voir que est une forme bilinéaire, symétrique et positive. En outre, si alors (somme nulle de réels positifs):
D'après le lemme démontré au début de l'exercice n° 6, la condition impose c'est-à-dire qu'il existe tel que:
Mais et donc et finalement est l'application nulle. Exercices sur le produit scolaire comparer. Ceci prouve le caractère défini positif. Suivons les indications proposées. On définit une produit scalaire sur en posant:
Détail de cette affirmation
Cette intégrale impropre est convergente car (d'après la propriété des croissances comparées): et il existe donc tel que:
Par ailleurs, il s'agit bien d'un produit scalaire.
\overrightarrow{AC}\) \(= \frac{1}{2}(6^2 + 9^2 - 3^2) = 54\)
Exercices (propriétés)
1 - \(\overrightarrow u\) et \(\overrightarrow v\) ont pour normes respectives 3 et 2 et pour produit scalaire -5. A - Déterminer \((\overrightarrow u + 0, 5\overrightarrow v). (2 \overrightarrow u - 4\overrightarrow v)\)
B - Déterminer le plus simplement possible \((\overrightarrow u + \overrightarrow v). (\overrightarrow u - \overrightarrow v)\)
2 - Démontrer le théorème d'Al Kashi. Rappel du théorème, également appelé théorème de Pythagore généralisé:
Soit un triangle \(ABC. \)
\(BC^2\) \(= AB^2 + AC^2 - 2AB \times AC \times \cos( \widehat A)\)
1 - Cet exercice ne présente aucune difficulté. A - \((\overrightarrow u + 0, 5\overrightarrow v). (2 \overrightarrow u - 4\overrightarrow v)\) \(=\) \(2 u^2 - 4\overrightarrow u. Solutions - Exercices sur le produit scalaire - 01 - Math-OS. \overrightarrow v\) \(+\) \(0, 5 × 2(\overrightarrow v. \overrightarrow u)\) \(+\) \(0, 5 × (-4) \times v^2\)
Donc \(2 × 3^2 - 4(-5) + (-5) - 2 \times 2^2 = 25\)
B - \((\overrightarrow u + \overrightarrow v).
Exercices Sur Le Produit Scalaire
Supposons non nulle, c'est-à-dire:
On peut d'ailleurs, en raison de la continuité de en et en considérer que
Par continuité de en il existe tel que et, pour tout: d'où a fortiori: c'est-à-dire:
Il en résulte que: ce qui est absurde. On a démontré le:
Lemme
Si est continue, positive et d'intégrale nulle, alors
Dans cet énoncé, on peut bien sûr remplacer l'intervalle par un segment quelconque. Considérons maintenant continue et strictement positive. Il est clair que est bilinéaire, symétrique et positive. En outre, si vérifie: alors d'après le lemme (appliqué à qui est continue positive et d'intégrale nulle):
et donc puisque ne s'annule pas. Voici maintenant la » bonne » version de ce résultat, avec des hypothèses minimales sur (qui est appelée fonction poids, … weight en anglais). Exercices sur le produit scalaire - 02 - Math-OS. On note. C'est l'image réciproque par du singleton autrement dit l'ensemble des valeurs en lesquelles s'annule. Proposition
Rappelons que l'intérieur de noté est l'ensemble des réels vérifiant:
Dire que est d'intérieur vide signifie que ne contient aucun intervalle non trivial.
Calculons quelques produits scalaires utiles: ainsi que:
On voit maintenant que: et:
En conclusion:
et cette borne inférieure est atteinte pour:
Soit Considérons l'application: où, par définition:
L'application est continue car lipschitzienne donc continue (pour une explication, voir ce passage d'une vidéo consacrée à une propriété de convexité de la distance à une partie d'un espace normé). Il s'ensuit que est aussi continue. Comme alors c'est-à-dire:
Le lemme habituel (cf. début de l'exercice n° 6 plus haut) s'applique et montre que
Ainsi, s'annule en tout point où ne s'annule pas. Or est fermé, et donc Ainsi
Ceci montre que et l'inclusion réciproque est évidente. 1S - Exercices avec solution - Produit scalaire dans le plan. Il n'est pas restrictif de supposer fermé puisque, pour toute partie de:
En effet donc
Par ailleurs, si s'annule en tout point de alors s'annule sur l'adhérence de par continuité. Il en résulte que:
Si un point n'est pas clair ou vous paraît insuffisamment détaillé, n'hésitez pas à poster un commentaire ou à me joindre via le formulaire de contact.
Exercices Sur Le Produit Scalaire Avec La Correction
(\overrightarrow u - \overrightarrow v)\) \(= u^2 - v^2\)
En l'occurrence, \(u^2 - v^2 = 9 - 4 = 5. \)
2 - La démonstration requiert une identité remarquable appliquée au produit scalaire. Partons de la relation de Chasles, \(\overrightarrow {BC} = \overrightarrow {BA} + \overrightarrow {AC}. \) On peut l'écrire \(\overrightarrow {BC} = \overrightarrow {AC} - \overrightarrow {AB}. \)
L'égalité reste vérifiée si l'on élève les deux membres au carré. \(BC^2 = (\overrightarrow {AC} - \overrightarrow {AB})^2. \)
C'est là qu'invervient l'identité. \(BC^2 = AC^2 - 2\overrightarrow {AC}. Exercices sur le produit scalaire avec la correction. \overrightarrow {AB} + AB^2. \)
Rappelons la formule du cosinus. \(\overrightarrow {AC}. \overrightarrow {AB}\) \(= AB \times AC \times \cos(\overrightarrow {AC}. \overrightarrow {AB}). \)
Il ne reste plus qu'à remplacer le double produit par la formule du cosinus. \(BC^2\) \(= AB^2 + AC^2 - 2(AB \times AC \times \cos(\widehat {A}))\) et l'égalité est démontrée. Bien sûr, la démonstration s'applique aussi à \(AB^2\) et à \(AC^2.
On montre d'abord la linéarité de Pour cela, on considère deux vecteurs un réel et l'on espère prouver que:
Il faut bien voir que les deux membres de cette égalité sont des formes linéaires et, en particulier, des applications. On va donc se donner quelconque et prouver que: ce qui se fait » tout seul »:
Les égalités et découlent de la définition de L'égalité provient de la linéarité à gauche du produit scalaire. Quant à l'égalité elle résulte de la définition de où sont deux formes linéaires sur
La linéarité de est établie. Plus formellement, on a prouvé que:
Pour montrer l'injectivité de il suffit de vérifier que son noyau est réduit au vecteur nul de
Si alors est la forme linéaire nulle, ce qui signifie que:
En particulier: et donc L'injectivité de est établie. Si est de dimension finie, alors On peut donc affirmer, grâce au théorème du rang, que est un isomorphisme. Remarque
Cet isomorphisme est qualifié de canonique, pour indiquer qu'il a été défini de manière intrinsèque, c'est-à-dire sans utiliser une quelconque base de
Lorsque est de dimension infinie, l'application n'est jamais surjective.
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Emilie M.
le 12/04/2022
Brigitte C.
le 18/01/2022
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