La méthode en 4 étapes
Soit A = ( a b c d ) A = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} A = ( a c b d ) .
Étape 1 — Valeurs propres. Elles sont solutions de λ 2 − t λ + det = 0 \lambda^2 - t\lambda + \det = 0 λ 2 − t λ + det = 0 où :
t = tr ( A ) = a + d t = \text{tr}(A) = a + d t = tr ( A ) = a + d (trace)
det = a d − b c \det = ad - bc det = a d − b c (déterminant)
Étape 2 — Test de diagonalisabilité. Si Δ = t 2 − 4 det > 0 \Delta = t^2 - 4\det > 0 Δ = t 2 − 4 det > 0 (deux valeurs propres distinctes), alors A A A est diagonalisable dans R \mathbb{R} R .
Étape 3 — Vecteurs propres. Pour chaque λ \lambda λ , résous ( A − λ I ) v = 0 (A - \lambda I) v = 0 ( A − λ I ) v = 0 .
Étape 4 — La forme diagonale. A = P D P − 1 A = P D P^{-1} A = P D P − 1 avec D = ( λ 1 0 0 λ 2 ) D = \begin{pmatrix} \lambda_1 & 0 \\ 0 & \lambda_2 \end{pmatrix} D = ( λ 1 0 0 λ 2 ) et P P P formée des vecteurs propres en colonnes.
Un exemple complet : A = ( 3 1 0 2 ) A = \begin{pmatrix} 3 & 1 \\ 0 & 2 \end{pmatrix} A = ( 3 0 1 2 )
Trace : t = 5 t = 5 t = 5 . Det : det = 6 \det = 6 det = 6 .
Polynôme caractéristique : λ 2 − 5 λ + 6 = 0 \lambda^2 - 5\lambda + 6 = 0 λ 2 − 5 λ + 6 = 0 → λ 1 = 2 , λ 2 = 3 \lambda_1 = 2, \lambda_2 = 3 λ 1 = 2 , λ 2 = 3 .
Vecteur propre pour λ 1 = 2 \lambda_1 = 2 λ 1 = 2 : résoudre ( 1 1 0 0 ) v = 0 \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} v = 0 ( 1 0 1 0 ) v = 0 → v 1 = ( 1 − 1 ) v_1 = \begin{pmatrix} 1 \\ -1 \end{pmatrix} v 1 = ( 1 − 1 ) .
Vecteur propre pour λ 2 = 3 \lambda_2 = 3 λ 2 = 3 : résoudre ( 0 1 0 − 1 ) v = 0 \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} v = 0 ( 0 0 1 − 1 ) v = 0 → v 2 = ( 1 0 ) v_2 = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix} v 2 = ( 1 0 ) .
D = ( 2 0 0 3 ) D = \begin{pmatrix} 2 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix} D = ( 2 0 0 3 ) , P = ( 1 1 − 1 0 ) P = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ -1 & 0 \end{pmatrix} P = ( 1 − 1 1 0 ) .
Cas Δ = 0 \Delta = 0 Δ = 0 : attention
Une seule valeur propre double. La matrice est diagonalisable ssi l’espace propre associé est de dimension 2. Sinon, elle est seulement trigonalisable .
Cas Δ < 0 \Delta < 0 Δ < 0
Pas de valeurs propres réelles → non diagonalisable dans R \mathbb{R} R , mais l’est dans C \mathbb{C} C .
? À toi de jouer
Les valeurs propres de A = ((4, 1), (2, 3)) sont :
A. 4 et 3B. 5 et 2C. 2 et 3D. 4 et 2
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