ALG II — Cours 4 : produits scalaires, orthogonalité, espaces fondamentaux et factorisation
Support écrit de référence : Rappels théoriques.pdf — § « Factorisation orthogonale : Gram-Schmidt » (p. 3-4) pour la factorisation ; puis le syllabus principal Algèbre et Géométrie Analytique.pdf : § 4.2-4.4 (produit scalaire, orthogonalité, projection orthogonale, p. 46-51) et § 7.1.4 (théorème fondamental de l’algèbre linéaire, Théorème 7.3, p. 75-76). Ce cours ouvre le chapitre 2 (« Espaces euclidiens et géométrie métrique »).
Plan de la clase
- Rappel : produit scalaire, norme, orthogonalité (définitions).
- Orthogonalité produit scalaire nul (via Pythagore généralisé).
- Lien produit scalaire ↔ angle ; .
- Orthogonalité indépendance linéaire.
- Orthogonalité de sous-espaces ; complément orthogonal .
- Espaces fondamentaux de : image, noyau, coimage, co-noyau.
- Théorème fondamental de l’algèbre linéaire et sa version « forte ».
- Interprétation de la condition de compatibilité du chapitre 1 comme relation d’orthogonalité.
- Bases de l’image et du noyau (colonnes-pivots, variables libres).
- Procédé de Gram-Schmidt et factorisation .
1. Rappel — définition du produit scalaire et de la norme — [00:00:33 → 00:01:54]
- Cadre : on travaille dans les réels. Le professeur annonce d’emblée :
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« Je rappelle les produits scalaires et l’orthogonalité. » [00:00:33]
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« On ne parlera pas de produits scalaires, je l’appellerai PS si jamais. » [00:00:53]
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- Définition du produit scalaire (en composantes) :
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« Voilà la définition, si vous faites le produit scalaire entre et qui sont des vecteurs dans [sic : LN]. C’est la somme du produit de composants […]. Somme des pour égale 1 jusque . Et d’un point de vue vectoriel, transposé fois . » [00:01:24]
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🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 4.2 (p. 46) — Définition 4.5 (métrique / produit scalaire sur un espace vectoriel réel) : application bilinéaire , bilinéaire, symétrique () et positive ().
2. La norme : lien longueur ↔ produit scalaire — [00:01:58 → 00:02:27]
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« Alors on sait aussi que la norme de c’est quoi : la norme de [c’est la] racine carrée de [la] produit scalaire de avec lui-même […] ça permet de faire le lien entre la longueur et le produit scalaire. » [00:01:58]
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🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 4.2 (p. 47) — Définition 4.9 : ; Définition 4.10 (distance ) et Définition 4.11 (angle défini par son cosinus).
3. Proposition — orthogonalité produit scalaire nul — [00:02:43 → 00:06:12]
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« Une petite proposition. Si on a deux vecteurs et , ils sont orthogonaux, si et seulement si quoi ? Leur produit scalaire est nul [sic : « est n »]. » [00:02:43]
- Illustration en : les vecteurs , et le vecteur forment un triangle rectangle.
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« Vous remarquez qu’il[s] forme[nt] un triangle rectangle. Et donc, ceci, on va voir que c’est une conséquence de Pythagore généralisé. » [00:03:40]
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- Théorème de Pythagore, écrit en normes :
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« La longueur ici au carré […] plus la longueur là au carré, c’est rien d’autre que la norme de moins au carré. » [00:04:41]
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- Développement de :
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« C’est la norme de au carré plus la norme de au carré moins deux fois le produit scalaire entre et . » [00:05:34]
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- Or Pythagore impose , ce qui force :
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« Donc ça c’est vrai […] seulement ici, le produit scalaire entre et [est] 0. » [00:05:59]
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Proposition. :
Identité de polarisation / développement de la norme (Pythagore généralisé) :
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🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 4.3 (p. 48) — Définition 4.12 : (vecteurs non nuls) ; Théorème 4.3 (§ 4.4, p. 50, projection orthogonale / Pythagore).
4. Lien entre produit scalaire et angle — [00:06:16 → 00:10:35]
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« Alors on peut aussi faire un lien entre le produit scalaire et la notion d’angle. Le produit scalaire entre deux vecteurs, et l’angle entre les deux vecteurs. » [00:06:16]
- On travaille dans : un vecteur d’angle , un vecteur d’angle , et l’angle entre eux. En utilisant la trigonométrie dans les triangles rectangles (SOH-CAH-TOA) :
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« On sait que le sinus de , c’est égal à l’opposé sur l’hypoténuse, qui n’est rien d’autre que la norme de . […] le cosinus de , c’est la même chose avec . » [00:07:56]
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« [Pour :] sur la norme de , [et] le cosinus de , c’est la composante […] sur la norme de . » [00:08:36]
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- On développe par la formule d’addition :
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« Par la formule de trigonométrie, [ça] se calcule comme le cosinus de fois le cosinus de plus le sinus de fois le sinus de . » [00:09:15]
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- Le professeur se corrige sur place (au tableau, il a écrit « » là où il fallait « ») :
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« J’ai un problème ici […] Attendez, là c’est le cosinus, donc c’est . Et là, c’est le sinus, donc c’est . plus . Et là, on retrouve le produit scalaire entre et . » [00:10:16]
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🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 4.2 (p. 47) — Définition 4.11 : . (Pont vers l’inégalité de Cauchy-Schwarz, traitée plus tard, § 6.5.)
5. Théorème — orthogonalité indépendance linéaire — [00:10:53 → 00:15:11]
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« On a une autre propriété qui permet de mettre en évidence le lien entre l’orthogonalité de vecteurs et le caractère linéairement indépendant. » [00:10:53]
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« Si vous avez jusque qui sont mutuellement orthogonaux […] [et] non nuls, [ils sont] indépendants [sic : ASR]. » [00:11:20]
- Définitions. « Mutuellement orthogonaux » pour tout .
Théorème. Soit mutuellement orthogonaux et tous non nuls. Alors ils sont linéairement indépendants.
- Preuve (esquisse en cours) : on suppose et l’on prend le produit scalaire avec pour un fixé :
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« Je vais exprès l’écrire comme ça, le produit scalaire entre […] ma combinaison linéaire et le vecteur . […] Ça vaut 0. […] Je peux l’écrire comme fois la norme de au carré, plus […] fois le produit scalaire entre et . » [00:13:00]
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« Vu que est orthogonal à […] tous les termes […] sont nuls. Finalement, je me retrouve avec fois la norme de au carré qui vaut 0. […] vaut 0. » [00:14:20]
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🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 4.3 (p. 48) — Théorème 4.1 : un ensemble de vecteurs mutuellement orthogonaux dans un espace métrique est libre. (Le prof souligne l’intérêt en dimension infinie, où l’orthogonalité est souvent plus facile à tester que l’indépendance.)
6. Orthogonalité de sous-espaces — [00:15:18 → 00:19:06]
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« Donc ici, on a parlé d’orthogonalité au niveau des vecteurs. On peut aussi parler d’orthogonalité au niveau de sous-espaces. » [00:15:18]
- Exemple (donné au tableau) : un vecteur [sic, composantes partiellement inaudibles] et des vecteurs ; on vérifie que et par le calcul des produits scalaires :
-
« Le produit scalaire entre et , ça me fait […] ça fait 0. […] Si je fais le produit scalaire entre et , , ça fait 0. » [00:17:59]
-
- Conséquence structurante :
-
« Comme il est orthogonal à et à , il est orthogonal à tout vecteur engendré par et . Donc il est orthogonal au span de et . » [00:18:43]
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Règle. Si pour tout , alors . Être orthogonal à une famille être orthogonal à tout le sous-espace engendré (par bilinéarité du produit scalaire).
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🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 4.3 (p. 49) — Définition 4.13 (sous-ensemble orthogonal ) ; Théorème 4.2 ().
7. Exercice — construire un second vecteur orthogonal — [00:19:08 → 00:22:03]
-
« On pourrait se poser une question, dans un exercice : trouver un vecteur tel que sera le sous-espace engendré par […] et sera orthogonal à . » [00:19:16]
- On cherche vérifiant les deux conditions :
-
« Le produit scalaire entre et vaut 0, et le produit scalaire entre et doit être égal à 0. […] plus qui doit être égal à 0 ; donc je peux le prendre comme [quelque chose], c’est 0, c’est . » [00:20:10]
-
- Contrainte de non-trivialité :
-
« Attention, pour qu’il soit [dans le]) span, […] j’aimerais bien qu’il soit linéairement indépendant. […] Je prends [qui] vaut 0 et [qui] vaut 1, donc par exemple. » [00:20:49]
-
Méthode. Pour trouver une base de (ici ), on écrit , on impose pour chaque générateur — c’est un système linéaire homogène — puis on choisit des variables libres pour produire des vecteurs indépendants (mise à 1, cf. § 21-22).
8. Propriété — orthogonal à — [00:22:07 → 00:23:47]
-
« On peut aussi montrer que si est orthogonal à […] les deux ensembles ont que le vecteur nul en commun. L’intersection entre et est uniquement [le] 0. » [00:22:07]
- Démonstration (au tableau) : soit .
-
« Comme et sont o[r]thogonaux, […] le produit scalaire de avec vaut 0. Parce que ce -là, vous pouvez considérer […] que c’est un élément de […] [et] un élément de […] donc par orthogonalité, il doit être nul. » [00:23:12]
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« Ceci, c’est rien d’autre que […] la norme de au carré. Une quantité positive au carré qui vaut 0, la seule possibilité c’est que soit égal à 0. » [00:23:38]
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9. Passage aux matrices : les espaces fondamentaux de — [00:23:54 → 00:25:33]
-
« Alors maintenant, on va retourner dans notre cadre avec les matrices. […] On va introduire des espaces fondamentaux pour notre matrice et puis regarder s’il n’y a pas des liens avec l’orthogonalité qui peuvent être faits. » [00:23:54]
- Le prof annonce la section 2 du cours :
-
« La section 2, c’est des propriétés pour les espaces fondamentaux associés à . […] On va considérer qui est une matrice rectangulaire. » [00:24:16]
-
« […] l’ensemble [image], et on verra qu’il y en a deux autres, il y en a quatre. » [00:25:22]
-
Les quatre espaces fondamentaux de (de rang ) :
| espace | définition | inclusion | dimension |
|---|---|---|---|
| image | |||
| noyau | |||
| coimage | |||
| co-noyau |
10. L’image de = sous-espace engendré par les colonnes — [00:25:48 → 00:28:06]
-
« C’est l’ensemble des tels que est dans [sic], et là tu as dit quoi ? […] croix , donc si on veut que ça ait du sens, doit être dans . » [00:26:36]
- Définition en extension :
-
« [Ce sont les] […] dans , tel[s] que vous pouvez trouver un dans avec qui s’écrit comme fois . Donc l’image de , c’est un sous-espace de [sic : l’ASR dit « »]. » [00:27:05]
-
- Identification décisive :
-
« C’est aussi le sous-espace engendré par les colonnes de la matrice . […] Quand je vais parler des colonnes de , je vais écrire . » [00:27:30]
-
- ⚠️ L’ASR dit « un sous-espace de » : c’est bien (espace d’arrivée), conformément à « vous êtes dans » quelques lignes plus haut.
11. Le noyau de — [00:28:07 → 00:29:02]
-
« Alors, on a ensuite le noyau de . On note [] de [sic : « qu’R de A »], et qui est du coup un sous-espace inclus dans quoi ? . » [00:28:07]
- C’est l’ensemble des solutions du système homogène :
- Rappel du chapitre 1 : (lien direct avec les variables libres).
12. Le système adjoint, la coimage et le co-noyau — [00:29:04 → 00:34:25]
- Motivation du système adjoint :
-
« [Les] deux autres sous-espaces qui sont en lien avec ce qu’on appelle le système adjoint. Pourquoi le système adjoint ? C’est quand vous avez [sic : « ax égale v »], mais l’adjoint c’est celui qui va impliquer la transposée. » [00:29:04]
-
- Cadre : est un système à équations et inconnues ; le système adjoint aura équations et inconnues :
-
« Le système adjoint, c’est celui qui aura équations et inconnues. » [00:30:14]
-
- Coimage (= image de la transposée, = espace engendré par les lignes) :
-
« On peut définir l’ensemble co-image de , qui sera en fait l’image de transposée. […] c’est l’ensemble des tels que est dans [sic : « RN »]. Donc c’est le span des lignes de . » [00:31:18]
-
- Co-noyau (= noyau de la transposée) :
-
« Le dernier qui nous reste à introduire, ce sera le co-kernel [sic : co-noyau], qui sera le noyau de transposé […]. » [00:33:07]
-
- ⚠️ Le prof dit « adjoint » et parle de transposée (), non de l’adjointe : on travaille dans le réel, où (voir § 16 et syllabus § 7.1.3).
13. Théorème fondamental — première partie (dimensions) — [00:34:40 → 00:37:28]
-
« La première partie, vous la connaissez. […] C’est au niveau des dimensions. […] La dimension de l’image de , c’est rien d’autre que le nombre de colonnes linéairement indépendantes. […] On avait dit que c’était le nombre de pivots […] qu’on avait appelé . » [00:34:52]
-
« Du coup, la dimension de votre noyau, c’est quoi ? , et la dimension du co[no]yau [sic : « coquet R »] de . […] La dimension de l’image et la dimension du coimage, c’est la même chose. […] la dimension du co[no]yau de , ce sera quoi ? . » [00:36:34]
avec nombre de pivots non nuls (cf. ALG II - Cours 3 § 33-36).
14. Orthogonalité des espaces fondamentaux — [00:37:38 → 00:42:31]
-
« On va introduire ces sous-espaces et regarder si on ne peut pas dire quelque chose au sujet de leur orthogonalité. » [00:37:38]
- Premier résultat :
-
« Vous avez un premier résultat qui vous dit que le noyau de est orthogonal […] à l’image de la transposée, donc à la co-image. » [00:37:44]
-
- Second résultat (conséquence du premier, en appliquant à ) :
-
« Et on peut aussi, et ça c’est juste une conséquence, le co[no]yau de […] est orthogonal à l’image de . » [00:38:51]
-
- Preuve du premier résultat (au tableau) : soient (donc ) et (donc ) :
-
« On doit montrer que […] le produit scalaire entre et vaut [0]. […] C’est transposé . […] , je sais que je peux l’écrire comme transposé . Donc [c’est] égal à . Ceci, je peux voir ça comme , le tout transposé. […] On sait que c’est égal à 0. » [00:40:11]
-
15. Définition — complément orthogonal — [00:42:32 → 00:44:19]
-
« On a introduit une nouvelle définition. On considère , un sous-espace, de [sic : « PNL »]. […] On va introduire le complément orthogonal de . On va noter orthogonal. » [00:42:32]
- Définition « en français » :
-
« C’est l’espace qui reprend l’ensemble des vecteurs orthogonaux à [sic : « A, B »]. Donc c’est l’espace de tous les vecteurs [orthogonaux]. » [00:43:46]
-
- est toujours un sous-espace vectoriel (même si n’en est pas un). Pour un espace métrique de dimension finie : et (théorème de projection orthogonale).
-
🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 4.4 (p. 50) — Théorème 4.3 : et .
16. Théorème fondamental de l’algèbre linéaire — version forte — [00:44:19 → 00:46:37]
-
« On peut reprendre le résultat qu’on a fait ici, donc le théorème fondamental de l’algèbre linéaire, mais en une deuxième version qui est en fait plus forte. » [00:44:19]
- On énonce les deux identifications :
-
« [Le complément orthogonal] du co-image de […] c’est rien d’autre que […] » [00:45:14]
-
« Et le co[no]yau de , c’est le complément orthogonal de l’image. […] L’image de , ce sera quoi ? […] C’est le complément orthogonal du co[no]yau. C’est rien d’autre que le complément orthogonal du complément orthogonal. Si vous le faites deux fois, vous retombez sur l’image de . » [00:45:29]
-
- Équivalent en termes matriciels avec (cas réel : ) :
- et .
-
🎓 syllabus : Algèbre et Géométrie Analytique § 7.1.4 (p. 75-76) — Théorème 7.3 (théorème fondamental de l’algèbre linéaire) : et (formulation avec l’adjointe ; en réel , ce qui redonne exactement les identités ci-dessus).
17. Lien avec l’existence de solutions de — [00:46:49 → 00:50:46]
- Retour au chapitre 1 :
-
« Dans le chapitre 1, l’objectif, c’était de résoudre . […] On avait caractérisé l’existence de solutions pour ce système. » [00:46:49]
-
- Deux caractérisations équivalentes :
-
« Le rang de , c’est le rang de augmenté avec . » [00:47:33]
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« Et si on caractérise ça en termes d’images ? doit être dans l’image de . » [00:47:51]
-
- Réécriture via le théorème fondamental :
-
« Mais l’image de , c’est le complément orthogonal du co[no]yau de . Donc en fait, il faut que soit dans le complément orthogonal du co[no]yau de . […] Ça veut dire que doit être orthogonal à tout vecteur dans le co[no]yau de . » [00:48:05]
-
- Or :
-
« C’est quoi les éléments dans le co[no]yau ? […] [C’est] l’idée du noyau […] de transposé. Donc c’est l’ensemble [des ] qui vérifie […] . » [00:48:50]
-
Théorème (existence, reformulé). admet au moins une solution si et seulement si
- Autrement dit : les conditions de compatibilité sur (les lignes nulles de , cf. ALG II - Cours 3 § 29 et 35) sont exactement des relations d’orthogonalité de avec le co-noyau de .
18. Exemple — la contrainte du chapitre 1 est une orthogonalité — [00:51:16 → 00:54:45]
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« On va reprendre notre exemple du chapitre précédent. On traitait d’une matrice rectangulaire, nous avons échelonné […]. » [00:51:16]
- La matrice de départ (relue par le prof) :
-
« On était parti de la matrice qui était la matrice rectangulaire suivante : . » [00:52:06]
-
- La contrainte obtenue en résolvant :
-
« On avait vu apparaître la contrainte. C’était moins plus égale à 0. » [00:53:27]
-
- Révélation du jour :
-
« Mais en fait, cette contrainte-là, c’est une relation d’orthogonalité. Ça, on ne le savait pas la fois passée. […] C’est orthogonal, mais par rapport au co[no]yau de . » [00:53:38]
-
- ⚠️ La matrice de ce cours-ci diffère légèrement de celle du ALG II - Cours 3 § 20 () ; ici . La condition concorde bien avec cette nouvelle matrice (voir Doutes).
19. Co-noyau explicite via la factorisation — [00:54:58 → 00:59:04]
-
« On veut écrire transposé, ou potentiellement une permutation de transposé, comme un [] [sic : « L tilde utile »]. Ce sera plus facile de travailler sur le co[no]yau de si on écrit transposé comme . Pourquoi ? Parce qu’à ce moment-là, le [] de transposé, ce sera le [] de . » [00:54:58]
- On échelonne (transposée de la matrice du § 18) :
-
« Vous lui faites différentes combinaisons de lignes […] et vous avez à la fin la matrice » [00:55:49]
-
- Le co-noyau est le noyau de (car ) :
-
« Résoudre [égale] 0, ça vous donne [plus] [égale 0] [sic]. […] égale moins . Et de l’équation ici, […] plus moins qui vaut 0. » [00:57:32]
-
- Base du co-noyau :
-
« Si je mets qui vaut 1, [j’obtiens] [sic : ASR « 5, moins 2 »]. Regardez, moins plus égale à 0. On se retrouve bien avec une relation d’orthogonalité entre mon […] et les éléments du co[no]yau de . » [00:58:40]
-
20. Interlude — organisation (logistique) — [01:00:36 → 01:06:21]
-
« Une minute de pause ici. » [01:00:36]
- Séquence non mathématique : discussion sur les notes mises en ligne, l’application de notes, « Algèbres 3 », et une échéance d’astronomie (« l’astronomie, c’est 21 octobre » [01:04:04]).
-
« J’ai mis mes notes sur internet. Je suis déjà sur Algèbres et tu vas sur Algèbres 3 maintenant. […] Je dois vérifier si je rajoute des nouvelles notes, ça se met à jour automatiquement. » [01:05:04]
- ⚠️ Passage de logistique (dates, dépôt des notes, plateforme) : à ignorer pour les révisions. Conservé ici pour la traçabilité de l’audio.
-
21. Bases de et de — [01:06:21 → 01:14:54]
-
« On va revenir un peu sur le [théorème fondamental] [sic : « semi-théorème »]. » [01:06:21]
- Question posée :
-
« Si je connais les dimensions, est-ce que je peux trouver facilement une base de ces sous-espaces ? […] En connaissant les dimensions, [l]‘image de [et] le noyau de . » [01:07:30]
-
- Base de l’image : les colonnes pivots de (celles dont la colonne porte un pivot dans ) :
-
« C’est simplement prendre les colonnes de qui contiennent les pivots […]. Ça, c’est bien sûr les colonnes qui correspondent pour . […] Quelles sont les colonnes que je garde dans pour qu’elles soient linéairement indépendantes ? En fait, c’est celles qui correspondent au pivot non nul. » [01:08:28]
-
« colonne[s] de correspondant à la base de l’image. » [01:10:22]
-
Bases. (avec )
-
une base de = les colonnes de dont la colonne correspondante possède un pivot non nul dans ;
-
une base de : comme , on résout en écrivant les variables fondamentales en fonction des variables libres, et l’on construit vecteurs indépendants.
-
Méthode de construction de la base du noyau :
-
« On cherche à créer vecteur[s] dans cette base […]. Il faut résoudre simplement fois le système […] vous mettez 1 à la position [de la variable libre]. […] Vous retrouvez que les vecteurs […] forment une base. » [01:12:34]
-
22. Exemple — base du co-noyau par la technique des variables libres — [01:14:54 → 01:20:21]
-
« Sur l’exemple précédent […]. On veut montrer que le co[no]yau de , c’est le span de […] . Mais cette fois-ci, on va le montrer en utilisant la nouvelle technique. » [01:14:57]
- On travaille sur (4×3, deux pivots) ; ici inconnues, pivots vecteur de base :
-
« Le , c’est le nombre d’inconnues. Et le , c’était le nombre de pivots. […] On avait combien de pivots ? Deux. Donc il nous faudra […] un vecteur. » [01:16:31]
-
- On résout avec la variable libre mise à 1 :
-
« Je prends, je mets , et je mets un 1 ici […], je résous le système. Ce qui me donne plus moins 1 égale [à] 0, et plus 6 égale [à] 0. » [01:18:11]
-
« vaut moins 2. […] [plus] [moins 1] [=] moins 5, [donc] qui vaut 5. Et je retrouve bien […] . » [01:18:59]
-
23. Factorisation : le lien avec Gram-Schmidt — [01:20:26 → 01:28:06]
-
« On s’intéressait ici à la factorisation . Pour ça, on va faire le lien avec la procédure de Gram-Schmidt. » [01:20:26]
- But du procédé :
-
« Orthonormaliser, ça veut dire qu’ils sont mis un peu n’importe comment, et on va les mettre orthogonaux l’un par rapport à l’autre, et en plus on va les normaliser, donc on va s’assurer qu’ils aient une norme de 1. » [01:21:53]
-
- On part d’une famille libre et on construit orthonormale ( si , ).
- Première étape :
-
« Je vais dire que , c’est . […] Je dois le normer. […] Je vais écrire comme sur la norme de . » [01:23:34]
-
- Deuxième étape (décalage / projection-retrait) :
-
« Je vais considérer que j’écris comme moins une certaine combinaison de . […] Je le déplace de sorte que le produit scalaire entre et soit égal à 0. […] [Donc] avec moins [fois] avec doit être égal à 0. » [01:25:28]
-
« , je le choisis de sorte que le [produit scalaire] de sur la norme de au carré, [soit] mon . » [01:26:35]
-
- Le prof se corrige : (et non sur la norme au carré) :
-
« Ah ben non […] C’est une erreur, ce sur la norme de [sic]. Ça ne change pas grand-chose, je pense que ça fait 1. » [01:27:18]
-
-
🎓 syllabus : Rappels théoriques.pdf, § « Factorisation orthogonale : Gram-Schmidt » (p. 3-4) — énoncé de l’algorithme QR.
24. Formule générale du procédé de Gram-Schmidt — [01:28:06 → 01:31:44]
- On itère l’idée ; l’étape retire les projections sur tous les vecteurs déjà construits :
-
« On va construire le suivant de la même idée, sauf que cette fois-ci, on le prendra comme combinaison linéaire des deux précédents. […] Je l’écrirai comme sur lequel j’applique la combinaison linéaire de moins moins . » [01:28:07]
-
« Je veux que le produit scalaire entre et soit nul, et que le produit scalaire entre et soit nul. » [01:28:41]
-
- Formule du coefficient :
-
« Si vous devez construire , on peut d’abord construire comme étant égal à moins la somme des pour [] égale 1 […] jusque moins 1. […] L’, c’est rien d’autre que le produit scalaire entre et notre fameux sur la norme de au carré. » [01:30:33]
-
- En réarrangeant, on exprime les en fonction des :
-
« Je sais que les c’est rien d’autre que fois [la] norme de . » [01:36:20]
-
25. Interprétation matricielle de Gram-Schmidt : — [01:33:38 → 01:42:42]
-
« On va juste interpréter ça de façon matricielle pour découvrir la factorisation [QR] [sic : « claire »]. […] Interprétons Gram-Schmidt en termes matriciels. » [01:33:38]
- En écrivant les colonnes comme combinaisons de :
-
« [Les colonnes ] sont indépendant[s] des éléments suivants […] ce serait une matrice […] triangulaire supérieure. […] Sur la diagonale, [ce sont les] norme[s] de , norme de , etc. » [01:40:35]
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- Résultat :
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« Vous retrouvez, en fait, que notre matrice se réécrit comme une matrice [Q] [sic : « U »] fois une matrice , où […] toutes ces colonnes sont orthonormales […], et est une triangulaire supérieure, dont sa diagonale, comme c’est des normes […] [est] strictement positive, on va pouvoir l’inverser. » [01:41:56]
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avec à colonnes orthonormales et
à diagonale strictement positive (donc inversible).
- ⚠️ L’audio dit « une matrice fois une matrice » puis « où […] » : il faut lire ( = colonnes orthonormales).
26. Dimensions et clôture — [01:42:48 → 01:43:43]
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« Si je regarde les dimensions : ici la matrice , elle est de dimension [sic : « M3N »]. La matrice , elle est de dimension [« M3N »]. Et du coup, la matrice , elle est de dimension [sic : « M3A »]. » [01:42:48]
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Annonce :
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« Et la semaine prochaine, on verra toutes les propriétés liées à la factorisation [sic : « QF »]. […] On avait un algorithme qu’on voit matriciellement, c’est un peu comme . Il y a une succession d’étapes et puis quand on regarde matriciellement, on voit que ça nous donne une factorisation avec des matrices particulières. » [01:43:19]
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Pour résoudre (cas carré), on résout par substitution régressive (cf. Rappels théoriques.pdf p. 4).
Points clés
- Produit scalaire : (bilinéaire, symétrique, positif) ; norme .
- Orthogonalité : (conséquence de Pythagore généralisé : ).
- Angle : .
- Orthogonal libre : des vecteurs mutuellement orthogonaux et non nuls forment une famille libre ; deux sous-espaces orthogonaux sont d’intersection .
- Complément orthogonal : ; et .
- Quatre espaces fondamentaux (, rang ) : (), (), (), ().
- Théorème fondamental de l’algèbre linéaire : et — soit, avec l’adjointe (réel : ) : , .
- Existence de : . Les conditions de compatibilité (lignes nulles de ) sont des relations d’orthogonalité de avec le co-noyau.
- Bases : engendrée par les colonnes-pivots de ; engendré par vecteurs obtenus via les variables libres (mise à 1).
- Gram-Schmidt : , .
- Factorisation : , à colonnes orthonormales (), triangulaire supérieure () à diagonale strictement positive (donc inversible).
Doutes / à vérifier
- § 1, entrée « Orthogonale de carré » [00:00:08] : phrase d’ouverture inintelligible (« orthogonale de carré, pas plus tard, on ne va pas le faire aujourd’hui ») — probable annonce de report d’un point du cours. ⚠️ À clarifier.
- § 3, « le produit-scalaire est n » : l’ASR écrit « est n » ; il faut lire « est nul ». Correction appliquée
[sic : nul]. - § 10, inclusion de l’image : l’audio dit tour à tour et ; l’image d’une matrice est bien un sous-espace de . À confirmer sur le support.
- § 12, « adjoint » vs « transposée » : le prof dit « système adjoint » mais travaille avec (on est dans le réel). Le syllabus (§ 7.1) utilise l’adjointe ; en réel , les deux coïncident. Vérifier la convention notée au tableau.
- § 18-19, matrice de l’exemple : la matrice donnée ici diffère de celle du ALG II - Cours 3 § 20. La condition de compatibilité ne colle qu’avec cette nouvelle matrice (vérifié : donne ). ⚠️ À confirmer : le prof a-t-il volontairement changé d’exemple, ou l’ASR a-t-il modifié des coefficients ?
- § 19, échelonnement de : l’ASR restitue « » puis « » plus loin ; le reconstruit est , cohérent avec , . Les coefficients exacts sont à vérifier sur le support.
- § 23-24, « » : le prof se corrige lui-même en cours (« Ah ben non […] c’est une erreur ») ; la bonne formule est . Correction appliquée.
- § 25-26, notations ASR : « factorisation claire » = QR ; « matrice fois » = fois ; « » (dimension de ) = ; « » = . Corrections appliquées
[sic]. - § 21, « semi-théorème » [01:06:21] : probablement « le théorème fondamental » (on le reprend juste après). ⚠️ À confirmer.
- Jargon de l’ASR : « le tiers », « le carré », « le kert », « le caire », « le care », « le pierre » de désignent tous (le prof prononce « ker ») ; « coquer / coquet / coquette » = co-noyau ; « L tilde utile » = ; « la tribo, notamment socatoire » = la trigo, notamment SOH-CAH-TOA. Zones corrigées avec
[sic : …].