Mathématiquesecg14 min de lectureExtrait gratuit

Produit scalaire et orthogonalite

Produit scalaire, norme, Cauchy-Schwarz, procédé de Gram-Schmidt et projection orthogonale.

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Introduction

Le produit scalaire enrichit les espaces vectoriels d'une notion de géométrie (angle, distance, orthogonalité). Ce chapitre de deuxième année est essentiel pour les projections orthogonales, les moindres carrés et les matrices orthogonales.


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Définitions essentielles

Définition : Produit scalaire — Forme bilinéaire symétrique définie positive sur E. On note ⟨u, v⟩ ou u · v.

Définition : Norme — ‖u‖ = √⟨u, u⟩. Vérifie ‖u‖ ≥ 0, ‖u‖ = 0 ⟺ u = 0, ‖λu‖ = |λ|·‖u‖.

Définition : Orthogonalité — u ⊥ v si ⟨u, v⟩ = 0.

Définition : Base orthonormée (BON) — Base (e₁, …, eₙ) avec ⟨eᵢ, eⱼ⟩ = δᵢⱼ (1 si i = j, 0 sinon).

Définition : Orthogonal d'un sev — F⊥ = {u ∈ E : ∀v ∈ F, ⟨u, v⟩ = 0}.


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Théorèmes et propriétés fondamentaux

Inégalité de Cauchy-Schwarz

|⟨u, v⟩| ≤ ‖u‖·‖v‖, avec égalité si et seulement si u et v sont colinéaires.

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