Applications Linéaires

Cours d'Algèbre Linéaire - Spécialité Mathématiques

1. Définition d'une application linéaire

Définition

Une application linéaire est une fonction f : E → F entre deux espaces vectoriels E et F qui vérifie les deux propriétés suivantes pour tous vecteurs u et v de E et tout scalaire λ :

  1. f(u + v) = f(u) + f(v) (additivité)
  2. f(λu) = λf(u) (homogénéité)

Exemple

La fonction f : ℝ² → ℝ définie par f(x, y) = 2x + 3y est une application linéaire.

2. Propriétés des applications linéaires

Propriétés

  • L'image du vecteur nul est le vecteur nul : f(0) = 0
  • Pour tout vecteur u, f(-u) = -f(u)
  • L'image d'une combinaison linéaire est la combinaison linéaire des images

3. Noyau et image d'une application linéaire

Définition du noyau

Le noyau d'une application linéaire f : E → F est l'ensemble des vecteurs de E dont l'image par f est le vecteur nul de F :

Ker(f) = {u ∈ E | f(u) = 0}

Définition de l'image

L'image d'une application linéaire f : E → F est l'ensemble des vecteurs de F qui sont image d'au moins un vecteur de E par f :

Im(f) = {v ∈ F | ∃u ∈ E, f(u) = v}

4. Théorème du rang

Théorème du rang

Pour une application linéaire f : E → F entre deux espaces vectoriels de dimension finie, on a la relation suivante :

dim(E) = dim(Ker(f)) + dim(Im(f))

où dim désigne la dimension.

5. Matrice d'une application linéaire

Définition

Soit f : E → F une application linéaire, (e₁, ..., eₙ) une base de E et (f₁, ..., fₘ) une base de F. La matrice de f dans ces bases est la matrice A = (aᵢⱼ) telle que :

f(eⱼ) = ∑ᵢ₌₁ᵐ aᵢⱼfᵢ

Exemple

Pour l'application linéaire f : ℝ² → ℝ définie par f(x, y) = 2x + 3y, sa matrice dans les bases canoniques est :

A = [2 3]

Exercices et approfondissement

Pour consolider vos connaissances sur les applications linéaires, nous vous recommandons de :

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