Comment démontrer que FF est un sous-espace vectoriel de EE - Exercice 1

15 min
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On désigne par K\mathbb{K} l'ensemble R\mathbb{R} ou C\mathbb{C}.
On note par EE l'ensemble suivant :
E={ (x ; y)∈K2  ∣  (x+3y=0)}E = \left\lbrace \, (x \,;\, y ) \in \mathbb{K}^2 \,\, | \,\, (x+3y = 0) \right\rbrace
Question 1

Démontrer que EE est un sous-espace vectoriel du K\mathbb{K}-espace vectoriel K2\mathbb{K}^2.

Correction
♣  Premieˋre  eˊtape:{\color{red}{\bf{\clubsuit \,\, Première \,\, étape :}}}
Chaque élément appartenant à EE est un élément particulier de K2\mathbb{K}^2. En effet, ce sont les couples de K2\mathbb{K}^2, notés (x ; y)(x \,;\, y ), et qui vérifient la relation suivante : (x+3y=0)(x +3y = 0) . Donc EE est inclus dans K\mathbb{K}.
♣♣  Deuxieˋme  eˊtape:{\color{red}{\bf{\clubsuit \clubsuit \,\, Deuxième \,\, étape :}}}
L'élément nul de K2\mathbb{K}^2 est 0K2=(0 ; 0)0_{\mathbb{K}^2} = (0 \,;\, 0 ). Cet élément satisfait à la définition de l'ensemble EE car on a :
(0+3×0=0)(0 +3\times0 = 0)
De fait :
0K2=(0 ; 0)∈E0_{\mathbb{K}^2} = (0 \,;\, 0 ) \in E
♣♣♣  Troisieˋme  eˊtape:{\color{red}{\bf{\clubsuit \clubsuit \clubsuit \,\, Troisième \,\, étape :}}}
Vérifions la stabilité de la combinaison linéaire.
Soient λ\lambda et β\beta deux nombres réels, ainsi que u=(x ; y)∈Eu = (x \,;\, y ) \in E et v=(x′ ; y′)∈Ev = (x' \,;\, y' ) \in E.
Ainsi on a les relations suivantes :
{x+3y=0x′+3y′=0\left\lbrace \begin{array}{rcl} {\color{blue}{x +3y}} & = & {\color{blue}{0}} \\ {\color{green}{x' +3y'}} & = & {\color{green}{0}} \end{array}\right.
On a :
βu+λv=β(x ; y)+λ(x′ ; y′)=(βx ; βy)+(λx′ ; λy′)=(βx+λx′ ; βy+λy′)\beta u + \lambda v = \beta(x \,;\, y ) + \lambda (x' \,;\, y' ) = (\beta x \,;\, \beta y) + (\lambda x' \,;\, \lambda y' ) = (\beta x + \lambda x' \,;\, \beta y + \lambda y' )
Donc on a la relation suivante :
∙  (βx+λx′)+3(βy+λy′)=β(x+3y)+λ(x′+3y′)=β⋅0+λ⋅0=0+0=0\bullet \,\,\left(\beta x + \lambda x'\right)+3\left(\beta y + \lambda y'\right)=\beta\left({\color{blue}{x +3y}}\right)+\lambda\left({\color{green}{x' +3y'}}\right)=\beta\cdot{\color{blue}{0}} + \lambda \cdot{\color{green}{0}} = 0 + 0 = 0
On constate alors que si u=(x ; y)∈Eu = (x \,;\, y ) \in E et v=(x′ ; y′)∈Ev = (x' \,;\, y' ) \in E alors βu+λv∈E\beta u + \lambda v \in E. La stabilité de la combinaison linéaire est établie.
▶  Conclusion:{\color{blue}{\bf{ \blacktriangleright \,\, Conclusion :}}}
L'ensemble EE est bien un sous-espace vectoriel du K\mathbb{K}-espace vectoriel K2\mathbb{K}^2.

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