Mathématiques · Glossaire

Qu'est-ce que « Application transposée » ?

Définition 2.8 Mathématiques universitaires — Licence 2 · Chapitre 2 — Algèbre linéaire

Pour uL(E,F)u \in \mathcal{L}(E, F), la transposée uTL(F,E)u^{\mathsf T} \in \mathcal{L}(F^*, E^*) est

uT(ψ)=ψu.u^{\mathsf T}(\psi) = \psi \circ u .

Elle vérifie (vu)T=uTvT(v \circ u)^{\mathsf T} = u^{\mathsf T} \circ v^{\mathsf T}, et dans les bases duales, la matrice de uTu^{\mathsf T} est la matrice transposée de uu — ce qui explique enfin la transposée de première année.

Exemples

Exemple 2.9 (La transposée, coefficient par coefficient)

Soit u ⁣:R2R3u \colon \R^2 \to \R^3 de matrice A=(120130)A = \left(\begin{smallmatrix} 1 & 2\\ 0 & 1\\ 3 & 0\end{smallmatrix}\right) dans les bases canoniques. Pour ψ=b1f1+b2f2+b3f3(R3)\psi = b_1f_1^* + b_2f_2^* + b_3f_3^* \in (\R^3)^*, calculons uT(ψ)=ψuu^{\mathsf T}(\psi) = \psi \circ u sur la base de R2\R^2 :

(ψu)(e1)=ψ(1,0,3)=b1+3b3,(ψu)(e2)=ψ(2,1,0)=2b1+b2.(\psi \circ u)(e_1) = \psi(1, 0, 3) = b_1 + 3b_3, \qquad (\psi \circ u)(e_2) = \psi(2, 1, 0) = 2b_1 + b_2 .

Ainsi uT(ψ)=(b1+3b3)e1+(2b1+b2)e2u^{\mathsf T}(\psi) = (b_1 + 3b_3)\,e_1^* + (2b_1 + b_2)\,e_2^*, et dans les bases duales la matrice de uTu^{\mathsf T} est

(103210)=AT:\begin{pmatrix} 1 & 0 & 3\\ 2 & 1 & 0\end{pmatrix} = A^{\mathsf T} :

la transposée abstraite est la matrice retournée, sans aucun calcul à croire sur parole. Notons le mécanisme : la jj-ème colonne de AA est devenue la jj-ème ligne de la nouvelle matrice parce que ψu\psi \circ u lit les sorties de uu à travers les coefficients de ψ\psi.

Exemple 2.11 (Le rang lu des deux côtés)

Soit

A=(120101111312).A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 0 & 1\\ 0 & 1 & 1 & 1\\ 1 & 3 & 1 & 2 \end{pmatrix} .

Rang par colonnes : la troisième ligne est la somme des deux premières, donc rkA2\operatorname{rk} A \leq 2 ; les colonnes 11 et 22 sont libres : rkA=2\operatorname{rk} A = 2. Le noyau de la transposée : résoudre ATy=0A^{\mathsf T}y = 0 donne yR(1,1,1)y \in \R\,(1, 1, -1), donc kerAT\ker A^{\mathsf T} est de dimension 1=321 = 3 - 2 : exactement (imA)(\operatorname{im} A)^\circ sous l’identification de (R3)(\R^3)^* avec les vecteurs lignes, comme la Proposition 2.10 l’affirme — l’unique relation « ligne3_3 = ligne1_1 + ligne2_2 » est l’annulateur de l’espace des colonnes. Le rang par lignes (22 lignes libres) et le rang par colonnes coïncident non par hasard mais parce que les deux égalent rkA=rkAT\operatorname{rk} A = \operatorname{rk} A^{\mathsf T}.

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