Le rang des applications antisymétriques
Date de publication : 30/01/2010.
Par
Pierre Lecomte (articles mathématiques)
On sait qu'une matrice antisymétrique réelle non singulière est de dimension paire. Ce fait admet une étonnante généralisation,
qui m'a été inspirée par une question d'un internaute sur un forum de mathématique.
I. Le rang des applications antisymétriques
II. Première preuve
III. Seconde preuve
I. Le rang des applications antisymétriques
Soit un espace vectoriel

de dimension finie sur un corps

et muni d'une
forme bilinéaire non dégénérée

. Si la caractéristique de

est différente de deux,
alors les images des endomorphismes antisymétriques de

sont de dimension paire.
Pour rappel,

est antisymétrique si la forme bilinéaire

est antisymétrique.
En caractéristique deux, on peut trouver des applications antisymétriques de rang impair.
II. Première preuve
Soit

la forme bilinéaire antisymétrique

. Le rang de

est égal
au rang de

. De plus, il est bien connu et facile de montrer par récurrence qu'il existe une base dans laquelle la matrice
de

est diagonale par blocs, chaque bloc étant nul ou bien égal à

.
III. Seconde preuve
Il n'y a pas besoin de se soucier de l'isotropie pour la forme

. Soient

et

les applications de

dans

définies par

et

.
Par définition, le rang de

est égal à celui de

. Or,

et

est un isomorphisme, donc le rang de

est égal à celui de

. Maintenant, on oublie
complètement

et on doit montrer que le rang

de

est pair.
Le rang de

est égal au rang de la matrice

pour toute base

de

(en effet,

est la matrice de

dans les bases

et

, où

désigne la base duale de

).
Quitte à remplacer

par un supplémentaire du noyau

de

, on peut supposer que

, donc

est non dégénérée, ce qui entraîne que

est non nul. Or,

est antisymétrique donc

, ce qui montre que

est pair.


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