Najah.
Mon plan de révision⚡ Défi flash

Mathématiques · Prépa concours post-bac — CPGE (dossier & entretien)

Espaces vectoriels

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Un espace vectoriel $(E, +, \cdot)$ sur un corps $\mathbb{K}$ ($\mathbb{R}$ ou $\mathbb{C}$) est un ensemble muni d'une addition interne et d'une multiplication externe vérifiant les 8 axiomes classiques (associativité, commutativité, élément neutre, opposé, distributivité). Un sous-espace vectoriel $F$ de $E$ doit vérifier :

  1. $F \neq \emptyset$ (souvent $0_E \in F$).
  2. $\forall (u, v) \in F^2, u+v \in F$ (stabilité par addition).
  3. $\forall \lambda \in \mathbb{K}, \forall u \in F, \lambda \cdot u \in F$ (stabilité par multiplication externe).

Méthodes à maîtriser

  • Démontrer qu'un ensemble est un SEV : Vérifier $0_E \in F$ puis la stabilité par combinaison linéaire : $\lambda u + \mu v \in F$.
  • Montrer qu'une famille est libre : Résoudre l'équation $\sum \lambda_i v_i = 0_E$ et montrer que tous les $\lambda_i = 0$.
  • Montrer qu'une famille est une base : Vérifier qu'elle est libre ET génératrice (ou utiliser le théorème de la dimension si $E$ est de dimension finie).

Exemples corrigés

  • L'ensemble $F = { (x, y) \in \mathbb{R}^2 / x + 2y = 0 }$ est un SEV de $\mathbb{R}^2$.
  • La famille ${(1, 0), (0, 1)}$ est la base canonique de $\mathbb{R}^2$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de vérifier que le vecteur nul appartient à $F$.
  • Confondre "famille libre" et "famille génératrice".
  • Penser qu'une réunion de deux SEV est toujours un SEV (c'est faux en général).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

Tu as appris les sciences en arabe ? Touche un mot pour voir sa traduction et une explication en darija.

La question que tu n'oses pas poser en classe ? Pose-la à UstadZéro jugement, même en darija, même à minuit. Il t'explique pas à pas et corrige ta démarche. Gratuit.

Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Espaces vectoriels

1/4

Quel est l'élément neutre de l'addition dans $\mathbb{R}^3$ ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce que l'ensemble des polynômes de degré exactement n est un espace vectoriel ?

Non, ce n'est pas un espace vectoriel. Si on prend $P(X) = X^n + X$ et $Q(X) = -X^n + 1$, alors $P+Q = X+1$, qui est de degré 1, pas $n$. Il n'y a pas stabilité par addition.

💡 À retenir : Un SEV doit contenir le vecteur nul (le polynôme nul), ce qui n'est pas le cas ici.

Kifach n3ref wach wa7d l'ensemble F howa sous-espace vectoriel awla la ?
  1. Chof wach $0_E$ kayn f $F$. Ila kan l'ensemble fih des équations, khass $0$ y7a9a9hom.
  2. Khod joj vecteurs $u, v$ men $F$ o joj scalaires $\alpha, \beta$.
  3. 7seb $\alpha u + \beta v$ o chof wach ba9i f $F$.

💡 À retenir : La condition de stabilité par combinaison linéaire est la plus importante.

Est-ce que toute famille libre est une base ?

Non. Une famille libre est une base si et seulement si elle est aussi génératrice de l'espace $E$. Si la dimension de $E$ est connue (disons $n$), alors une famille libre de $n$ vecteurs est automatiquement une base.

💡 À retenir : Libre + Génératrice = Base.

Chno hiya la différence bin l'espace vectoriel o l'espace affine ?

L'espace vectoriel a toujours une origine fixe ($0_E$). L'espace affine est un ensemble de points où on ne peut pas faire de somme de points, seulement des différences (vecteurs).

💡 À retenir : Dans un EV, on peut additionner deux éléments. Dans un espace affine, on additionne un point et un vecteur.

Comment montrer qu'une famille est génératrice ?

Il faut prendre un vecteur quelconque $u$ de $E$ et montrer qu'il existe des scalaires $\lambda_i$ tels que $u = \sum \lambda_i v_i$.

💡 À retenir : Il faut résoudre un système d'équations linéaires.

Kifach n7seb dimension dial wa7d l'espace ?
  1. 7dd une base dial l'espace.
  2. 7seb ch7al men vecteur kayn f dik la base.
  3. Hadak l3adad howa la dimension.

💡 À retenir : La dimension est le nombre de vecteurs dans n'importe quelle base.

Si j'ai une famille de 3 vecteurs dans mathbb{R}^2, est-ce qu'elle peut être libre ?

Non, car dans un espace de dimension $n$, toute famille de plus de $n$ vecteurs est liée. Ici $3 > 2$.

💡 À retenir : Une famille libre ne peut pas dépasser la dimension de l'espace.

Est-ce que l'ensemble des matrices symétriques est un SEV ?

Oui. Si $A$ et $B$ sont symétriques ($A^T=A, B^T=B$), alors $(\alpha A + \beta B)^T = \alpha A^T + \beta B^T = \alpha A + \beta B$. Donc la combinaison est symétrique.

💡 À retenir : La symétrie est conservée par combinaison linéaire.

Qu'est-ce qu'une somme directe ?

C'est une somme de deux SEV $F$ et $G$ telle que $F \cap G = {0_E}$. Cela signifie que tout vecteur $w \in F+G$ s'écrit de manière unique $w = u+v$ avec $u \in F$ et $v \in G$.

💡 À retenir : L'intersection doit être réduite au vecteur nul.

Est-ce que le vecteur nul est toujours dans une base ?

Jamais ! Une base est une famille libre. Or, une famille contenant le vecteur nul est toujours liée (car $1 \cdot 0_E + 0 \cdot v_2 + \dots = 0_E$).

💡 À retenir : Une base ne contient jamais le vecteur nul.

Est-ce que deux bases d'un même espace ont le même nombre de vecteurs ?

Oui, c'est une propriété fondamentale des espaces vectoriels de dimension finie. Ce nombre est justement la dimension de l'espace.

💡 À retenir : La dimension est indépendante du choix de la base.

Peut-on avoir un espace vectoriel sans base ?

Oui, les espaces de dimension infinie (comme l'espace des fonctions continues sur $[0, 1]$) n'ont pas de base finie.

💡 À retenir : Le programme se concentre sur la dimension finie.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $E = \mathbb{R}^3$. On considère l'ensemble $F = { (x, y, z) \in \mathbb{R}^3 / x + y - z = 0 }$.

  1. Montrer que $F$ est un sous-espace vectoriel de $\mathbb{R}^3$.
  2. Déterminer une base de $F$ et sa dimension.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Soit $E = \mathbb{R}_2[X]$ l'espace des polynômes de degré inférieur ou égal à 2. Soient $P_1 = 1+X$, $P_2 = X+X^2$, $P_3 = 1+X^2$. La famille $\mathcal{B} = (P_1, P_2, P_3)$ est-elle une base de $E$ ?

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Soient $F$ et $G$ deux sous-espaces vectoriels de $\mathbb{R}^3$ de dimension 2. Montrer que $F \cap G \neq {0}$.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Un prof de Mathématiques pour aller plus loin

Les cours du soir avec des profs vérifiés arrivent : inscris-toi pour être prévenu(e) en premier.

Être prévenu(e) gratuitement

Autres chapitres de Mathématiques