Soit la matrice de définie par :
Calculer le polynôme caractéristique en effectuant des opérations élémentaires sur les lignes ou colonnes pour faciliter la factorisation.
Déterminer les sous-espaces propres en résolvant les systèmes . Vérifier que la somme des dimensions égale 3.
Utiliser la relation ou, alternativement, la division euclidienne de par un polynôme annulateur de .
Diagonalisation par étude du spectre et des dimensions des sous-espaces propres.
Utilisation du lien entre puissance d'une matrice et sa forme diagonale.
Inversion de matrice par résolution de système linéaire.
Résolution.
Matrices de passage.
Posons et .
Pour calculer , on résout :
\begin{align*}
\left\{ \begin{array}{l} x + y + 3z = a
x + 2z = b
-x + y = c \end{array} \right.
&\iff \left\{ \begin{array}{l} x = b - 2z
y = c + x = c + b - 2z
(b-2z) + (c+b-2z) + 3z = a \end{array} \right.
&\iff \left\{ \begin{array}{l} z = -a + 2b + c
x = b - 2(-a+2b+c) = 2a - 3b - 2c
y = c + (2a - 3b - 2c) = 2a - 3b - c \end{array} \right.
\end{align*}
D'où :
Une erreur classique est de conclure à la diagonalisabilité dès que l'on a les valeurs propres sans vérifier que la dimension de chaque sous-espace propre est bien égale à l'ordre de multiplicité de la valeur propre correspondante dans le polynôme caractéristique.