Soit et . On note l'algèbre des polynômes en et on considère l'ensemble des éléments involutifs de cette algèbre :
Pour la question 1, utiliser le lien entre la dimension de et le degré du polynôme minimal de . Pour le cardinal de , on pourra utiliser une base de diagonalisation ou l'isomorphisme issu du théorème des restes chinois.
Pour la question 2, si avec , utiliser le fait que doit être annulé par . Étudier les racines de ce polynôme.
Pour la question 3, généraliser le raisonnement à l'aide de la décomposition de Dunford ou du théorème des restes chinois appliqué au polynôme minimal de .
Lien entre et le polynôme minimal .
Théorème des restes chinois pour les polynômes.
Propriétés des polynômes annulateurs et décomposition spectrale.
Résolution.
Attention à ne pas confondre le cardinal de avec le nombre de racines carrées de l'identité dans tout entier. Ici, on se restreint aux matrices qui sont des polynômes en . Si on cherchait toutes les matrices telles que , il y en aurait une infinité dès que .