159 - Formes linéaires et dualité en dimension finie. Exemples et applications.2025

Rapport du jury 2023

Il est important de bien placer la thématique de la dualité dans cette leçon ; celle-ci permet de mettre en évidence des correspondances entre un morphisme et son morphisme transposé, entre un sous-espace et son orthogonal (canonique), entre les noyaux et les images ou entre les sommes et les intersections. Bon nombre de résultats d'algèbre linéaire se voient dédoublés par cette correspondance. Les liens entre base duale et fonctions de coordonnées doivent être parfaitement connus. Le passage d'une base à sa base duale ou antéduale, ainsi que les formules de changement de base, doivent être maîtrisés. On pourra s'intéresser aux cas spécifiques où l'isomorphisme entre l'espace et son dual est canonique (cas euclidien, cas des matrices).\rSavoir calculer la dimension d'une intersection d'hyperplans via la dualité est important dans cette leçon. L'utilisation des opérations élémentaires sur les lignes et les colonnes permet d'obtenir les équations d'un sous-espace vectoriel ou d'exhiber une base d'une intersection d'hyperplans. Le lien avec la résolution des systèmes linéaires doit être fait.\r\rCette leçon peut être traitée sous différents aspects : géométrique, algébrique, topologique ou analytique. Il faut que les développements proposés soient en lien direct avec la leçon. Enn rappeler que la différentielle d'une fonction à valeurs réelles est une forme linéaire semble incontournable. \r\rPour des candidates et candidats ayant une pratique de ces notions, il est possible d'illustrer la leçon avec un point de vue probabiliste, en rappelant que la loi d'un vecteur aléatoire $X$ est déterminée par les lois unidimensionnelles de $X \dot u$ pour tout vecteur u.

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Développements

5 Théorème de réduction de Gauss et loi d'inertie de Sylvester
5 Calcul d'intégral par la méthode de la quadrature de Gauss
5 Théorème d'Auerbach
5 Familles libres d'applications
5 Loi d’inertie de Sylvester et classification des formes quadratiques sur R
5 Dual de Mn(K) et application aux hyperplans
5 Translatés d'une fonction
5 Dualité et Algèbre des matrices
5 Espace tangent et extrema liés
5 Enveloppe convexe de On(R)
5 Théorème de Cartan-Dieudonné
5 Dual de M_n(K)
5 Condition de parité de Gale
5 Critère de nilpotence par la trace
4 Détermination du nombre de racines distinctes d'un polynôme
4 Théorème de point fixe de Kakutani (par Hahn-Banach)
4 Extrema liés
4 Hahn-Banach géométrique
4 Sous-espaces vectoriels de C(R,R) engendrés par les translatés
4 Hahn Banach (version analytique) en dimension finie
4 Théorème de Krein-Milman
4 Critère de nilpotence de Cartan
4 Co-trigonalisation d'une famille finie d'endomorphismes
4 Théorème de Haar
4 Réduction des formes quadratiques et théorème de Sylvester
4 Nullstellensatz quadratique
4 Théorème des extrema liés (par les sous-variétés)
3 Théorème de Barany
3 Théorème de Gauss - Markov
3 Générateurs de O(E)
3 Invariants de similitude (réduction de Frobenius)
3 Indicateur de Frobenius-Schur
3 Trigonalisation simultanée
3 Nombre de racines d'un polynôme par les formes quadratiques
3 Générateurs de O(E) et SO(E)
3 Réduction de Jordan (par la dualité)
2 Morphisme d'algèbres sur C(K,R)
2 Trajectoire fermée sur un billard
1 Théorème spectral
1 Reduction des endomorphismes nilpotents
1 Combinatoire et dualité

Plans

Rajouter une version
Utilisateur : Julos
La plupart des mes plans sont inspirés de Ewna, Agentb0, Jouaucon, Abarrier et Marvin. Merci à eux. Attention aux coquilles ! Mes plans sont, en général, scannés juste après que j'ai finis de rédiger, bien sur quand je les ai relu j'ai trouvé des erreurs. Les références sont à la fin des plans. Plan semi détaillé. J'aime pas cette leçon ni le thème, pourtant y'a rien de terrifiant, je pense qu'il faut juste s'y mettre un bon coup. Carnet de voyage en algebrie parle de dualité au début et c'est pas mal intéressant. J'aurais bien aimé trouve une ref qui traite tout ca en mieux. La partie calcul diff doit parler des extremas liées variétés etc (voir 214 pour prendre ce qu'il faut). Dans le dev des extremas liées il faut bien évidemment faire le lemme d'algèbre et peut ne pas démontrer que l'espace tangent à une sous variété est de dimension n-p.
Références :
Utilisateur : Matoumatheux
J'ai préparé cette leçon comme un vrai oral et j'ai été interrogé par deux de mes camarades. Je voulais mettre les exercices de Carnet de voyage en Algébrie, mais j'ai un peu oublié... il y a tellement de choses à mettre dans cette leçon aussi... bref j'espère que ça vous sera utile !
Références :
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Oraux X-ENS Algèbre 1
Oraux X-ENS Analyse 3
Analyse numérique et équation différentielle
Carnet de voyage en Algébrie
Cours d'algèbre
Petit guide de calcul différentiel
Analyse matricielle
Retrouvez toutes les leçons et tous les développements, ainsi que des cours (avec les fichiers sources) sur mon site www.coquillagesetpoincare.fr
Références :
Utilisateur : Tintin
Cette leçon est assez difficile car la dualité n'est plus très abordée en CPGE ni à la fac donc il faut se mettre à niveau. Concevoir cette leçon est donc une tâche assez difficile étant donné qu'il faut quasiment découvrir un pan entier d'algèbre et prendre du recul le plus vite possible. N'hésitez pas à me contacter si vous constatez ce qui semble être une erreur (typographie, mathématique, etc).
Références :
Tout-en-un MPSI
Algèbre et probabilités
Algèbre : le grand combat: Cours et exercices
Carnet de voyage en Algébrie
Oraux X-ENS Algèbre 2
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Analyse
Utilisateur : TC&WM
Retrouvez tous nos plans de leçons ainsi que les fichiers latex associés à nos leçons sur notre site : https://sites.google.com/view/tribalchiefandwiseman/home?authuser=0 Bonne preparation à vous !
Références :
Utilisateur : Mathis Lemay
J'ai eu beaucoup de mal à élaborer un plan satisfaisant pour cette leçon mais je pense que c'est à peu près bon. /!\ PROBLEME : Le DEV 1 ne rentre pas du tout dans cette leçon. J'ai cherché désespérément un DEV pour cette leçon et à la toute fin de l'année, j'ai fini par mettre le dual de $\mathcal{M}_n(K)$... Le problème était qu'il y avait un gros écart de difficulté entre celui-là et les extrema liés... Mais il fallait bien mettre quelque chose... La partie III-2) a changé 3 fois au cours de l'année, et finalement ça a été justement celle sur le dual de $\mathcal{M}_n(K)$.
Références :
Algèbre et probabilités
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Algèbre linéaire
Cours d'algèbre
Petit guide de calcul différentiel
Voici un plan possible pour la leçon 159. Mes plans sont très souvent inspirés de Ewna et Abarrier (merci à eux deux !)
Références :
Algèbre
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Objectif Agrégation
Analyse pour l'agrégation
Petit guide de calcul différentiel
Utilisateur : Hugo
Plan progressif et classique. Les applications que j'ai inclues peuvent complétement être changées sans \"dénaturer\" le plan. Les références sont indiquées à la fin du plan. N'hésitez pas à me contacter pour me signaler toute erreur ou imprécision.
Références :
Utilisateur : Brunel
Mes métaplans ne sont pas vérifiés par une personne compétente, attention donc à la pertinence de ceux-ci.
Références :
Elements d'analyse réelle
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Algèbre L3
Algèbre
Utilisateur : Demesmay
Possibilité d'avoir ma version complète manuscrite en me contactant par mail.
Références :
Utilisateur : Agent B0
Plan rapide non détaillé fait à la fin de l'année.
Références :
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Cours d'algèbre
Algèbre linéaire
Algèbre
Utilisateur : JULIEN L
Références :
Algèbre
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Utilisateur : RMaurice
Voici mes plans de leçons que j'ai réalisé en format complet. Si cela peut aider des gens, avec plaisir ! Tout mes plans de leçons sont inspirés majoritairement de Jouaucon, Marvin et abarrier ( Merci à eux ! ). Les références sont à la fin. Attention aux éventuels coquilles.
Références :
Utilisateur : EWna
J'ai ajouté la partie III purement artificiellement pour mettre un second développement -- la loi d'inertie de Sylverster -- qui est hors surjet...
Références :
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Algèbre et probabilités
Analyse
Carnet de voyage en Algébrie
Petit guide de calcul différentiel [Doublon]
Objectif Agrégation
Utilisateur : Pandou
Références :
Algèbre linéaire
Algèbre
Algèbre linéaire
Utilisateur : Maurer
Références :
Références :
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Algèbre
Utilisateur : Marvin
Références :
Oraux X-ENS Algèbre 1
Algèbre
Analyse
Introduction aux variétés différentielles
Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie
Utilisateur : F.A.
Je suis passé sur cette leçon. Mon plan n'est pas tout à fait celui que j'avais proposé le jour J, j'avais mis beaucoup plus de Frobenius, ce qui leur a bien plus. Toutes les références sont à la fin du plan. Mes excuses pour l'écriture, et attention aux coquilles...
Références :
Utilisateur : abarrier
Références :
Utilisateur : Owen
Références :
Algèbre
Analyse
Oraux X-ENS Algèbre 1
Objectif Agrégation
Cours d'algèbre
Analyse fonctionelle
Petit guide de calcul différentiel
Références :
Références :
Utilisateur : Agnielli
Ebauche numérique de plan.
Références :
Références :
Algèbre
Analyse
Cours d'algèbre
Oraux X-ENS Algèbre 1
Algèbre L3
Utilisateur : Victor
Références :
Références :

Retours

Utilisateur : Geoffrey D | Année : 2023
Leçon choisie : 1513
Autre leçon : PGCD et PPCM, algorithmes de calcul. Applications.2025
Développement choisi par le jury : Réduction de Jordan (par la dualité)
Autre développement proposé : Pas de réponse fournie.
Résumé de l'échange avec le jury (questions/réponses/remarques) :
Questions sur le développement : - J'avais un petit problème de quantificateur écrit au tableau, on me l'a fait relevé et j'ai immédiatement corrigé. - On m'a demandé lorsque j'effectue une \"récurrence sur la dimension\" de quel type de récurrence il s'agissait. Je ne comprenais pas la question j'ai donc explicité quel était l'hypothèse de récurrence de manière plus précise, mais le jury m'a fait soulevé que c'est un type de raisonnement par récurrence particulier : j'ai compris qu'ils voulaient que je dise qu'il s'agissait d'une récurrence forte. - J'ai utilisé le lemme des noyaux dans mon développement : on m'a demandé de l'énoncer précisément. - Application 1 : Comment montrer à partir de la décomposition de Jordan qu'une matrice est semblable à sa transposée. - Application 2 : Montrer que si u admet un espace stable de dimension k alors u admet un espace stable de dimension n-k. J'ai compris l'argument pour l'application 2 mais j'ai eu du mal à le formaliser, le jury m'a un peu aidé mais ne s'est pas plus attardé puis on est passé aux questions sur le plan. Questions sur le plan / Exercices : Q : Calculer la dérivée n-ième en 0 sur factorielle n de X^k (pour 0 <= k <= n). Comment interpréter le résultat en terme de dualité ? R : Question bien réussie. Cela donne le symbole de Kronecker, cela signifie que la famille de formes linéaires considérées est la base duale de la base canonique. D'où la formule de Taylor... Q : Montrer que u est diagonalisable si et seulement s'il existe n hyperplans d'intersection nulle stable par u. R : Question bien réussie avec une indication pour le sens réciproque. Le jury m'a demandé, pour m'aider, la dimension d'une intersection d'hyperplans. Q : Dans le plan, il est écrit que pour toute forme linéaire phi sur Mn(K) il existe une matrice A tel que pour tout M, phi(M) = tr(AM). Que dire de l'application phi -> A. Quel interprétation peut-on en faire dans le cas K = R ? R : Question bien réussie. Il s'agit d'un isomorphisme. Dans le cas K = R, la réponse attendue était le lien avec le produit scalaire canonique sur Mn(R). Q : En dimension infinie, que dire de l'application définie dans le théorème de Riesz ? R : Question bien réussie. L'application est injective mais non surjective. Le jury ne m'a pas demandé de contre-exemple. Q : Que dire de (ExF)* ? R : J'ai dit que j'imagine que c'est isomorphe à E* x F*. Pour le montrer j'ai essayer de donner un isomorphisme mais j'ai un peu galéré à le construire. Le jury m'a donné comme indication : quelle est la dimension de ExF et comment le montrer ? Je suis parti sur une mauvaise piste sur la démonstration et l'oral s'est terminé là dessus.
Quelle a été l'attitude du jury (muet/aide/cassant) ?
Jury très sympathique, qui met en confiance et donne pas mal d'indications.
L'oral s'est-il passé comme vous l'imaginiez ou avez-vous été surpris par certains points ? Cette question concerne aussi la préparation.
Oui je n'ai pas eu de surprise.
Note obtenue : 16.0
Références:
Utilisateur : F.A. | Année : 2020
Leçon choisie : 1513
Autre leçon : Extensions de corps. Exemples et applications2025
Développement choisi par le jury : Espace tangent et extrema liés
Autre développement proposé : Pas de réponse fournie.
Résumé de l'échange avec le jury (questions/réponses/remarques) :
Je suis passé en 2021, pas en 2020 mais le site ne permet pas d'effectuer de retour pour cette année au moment où je l'écris. Questions sur le développement : 1) réexpliquer le lemme sur les formes linéaires nécessaire à la démonstration du théorème comme si je devais le faire devant une classe 2) ce dernier est-il toujours vrai si les formes linéaires ne sont pas indépendantes ? 3) exemple ou l'espace tangent n'est pas un espace vectoriel ? Je n'en avais aucune idée donc le membre du jury m'a demandé de considérer un lemniscate, et notamment où ça clochait (le point du centre ne permet pas de créer un $C^1$ difféomorphisme dans son voisinage, problème d'injectivité) Autres questions : 1) donner un exemple où la famille duale n'est pas une base (prendre $\mathbb{R}[X]$, la base des $(X^n)$ et la forme linéaire $P \mapsto P(1)$) 2) faire l'application des extrema liés à la quadrique (Exo Directions principales d'une quadrique p408 dans le PGdCD de Rouvière, 4e édition) 3) quel rapport entre la leçon et la différentielle ? 4) déterminer le gradient du déterminant (je ne suis pas allé au bout, mais j'ai plus ou moins compris que c'était la comatrice) 5) l'application $M \mapsto \Phi_M : X \mapsto Tr(XM)$ est un isomorphisme de $M_n(\mathbb{R})$ vers son dual. Quelle est sa norme ($M_n(\mathbb{R})$ est muni de la norme de Frobenius) ? (c'est une isométrie) --- u est maintenant un endomorphisme d'un ev de dimension finie -- 6) rapport entre Frobenius et les formes linéaires ? \"Démontrer\" la partie où il existe un supplémentaire stable au sous espace engendré par un vecteur u-maximal. Ils voulaient juste la formule que l'on peut trouver dans le livre de G. Berhuy : Algèbre, le grand combat tout en haut de la page 1020 (deuxième édition) 7) démontrer l'existence d'un vecteur u maximal
Quelle a été l'attitude du jury (muet/aide/cassant) ?
Le jury était extrêmement poli, courtois, me disait une petite phrase lorsque visiblement je n'avançais pas ou que j'allais faire une grosse c***rie alors que j'étais près du but. Surtout réfléchir à voix haute qu'ils voient bien où ça coince pour qu'ils vous débloquent (enfin, s'ils ont envie...).
L'oral s'est-il passé comme vous l'imaginiez ou avez-vous été surpris par certains points ? Cette question concerne aussi la préparation.
Rien à signaler, organisation absolument impeccable.
Note obtenue : 18.75
Références:
Utilisateur : Thomas Cometx | Année : 2016
Leçon choisie : 1513
Autre leçon : Représentations de groupes finis de petit cardinal.2016
Développement choisi par le jury : Pas de réponse fournie.
Autre développement proposé : Pas de réponse fournie.
Résumé de l'échange avec le jury (questions/réponses/remarques) :
Questions sur le plan, ils m'ont fait corrigé une bébé erreur. Et sur mes annexes (pivot de Gauss pour obtenir des équations de sev) Detailler un point de mon développement. Exos : - Prouver la formule de changement de base dans la base duale - Montrer que tout endomorphisme d'un C-ev de dimension finie admet un hyperplan stable (bizarre qu'ils m'aient demandé celui là vu mon plan qui mettait en avant pas mal d'application de la transposition déjà) - l'exo classique sur les intersections d'hyperplan (que j'ai oublié de rajouter dans mon plan..) - montrer à la main (sans les bases antéduales), que deux formes linéaires définissent le même hyperplan ssi elles sont proportionnelles avec un coeff non nul
Quelle a été l'attitude du jury (muet/aide/cassant) ?
Le plus neutre du monde possible.
L'oral s'est-il passé comme vous l'imaginiez ou avez-vous été surpris par certains points ? Cette question concerne aussi la préparation.
Je voulais les titiller avec Hahn Banach (j'avais révisé la preuve) mais ils en ont pas parlé. Bon oral cependant je pense !
Note obtenue : 16.25
Références: