Dans tout ce chapitre, \( E \) désigne un espace euclidien de dimension \( n \geqslant 1 \), \( f \) est un endomorphisme de \( E \) et \( M \) est une matrice de \( \mathcal{M}_{n,1}(\mathbb{R} \).
On dit que \(f\) est un endomorphisme symétrique de \(E\) s’il vérifie : \[ \forall(x, y) \in E^2, \ \langle f(x), y\rangle=\langle x, f(y)\rangle \]
Soit \(F\) un sous-espace vectoriel de \(E\). Si \(f\) est un endomorphisme symétrique de \(E\) et si \(F\) est stable par \(f\), alors \(F^{\perp}\) est stable par \(f\).
Si \( f \) est un endomorphisme symétrique de \( E \) alors :
\(f\) est un endomorphisme symétrique de \(E\) si et seulement si sa matrice représentative dans une base orthonormale de \(E\) est symétrique réelle.
Si \( f \) est un endomorphisme symétrique de \( E \), alors :
Si \( M \) est une matrice symétrique de \( \mathcal{M}_n(\mathbb{R} \), alors :
Si \(A\) est une matrice symétrique réelle de \(\mathcal{M}_n(\mathbb{R})\), l’application \(q: X \mapsto\langle A X, X\rangle={ }^t \! X A X\) (définie sur \(\mathcal{M}_{n, 1}(\mathbb{R})\)) est appelée forme quadratique associée à \(\boldsymbol{A}\).
Soit \(A\) une matrice symétrique réelle de \(\mathcal{M}_n(\mathbb{R})\). On note \(q\) la forme quadratique associée à \(A\).
Soit \(F\) un sous espace vectoriel de \(E\). On appelle projection orthogonale de \(E\) sur \(F\) la projection, notée \(p_F\), de \(E\) sur \(F\) dans la direction \(F^{\perp}\). Ainsi, pour tout \(x \in E\), on a : \[ y=p_F(x) \Leftrightarrow \begin{cases} y \in F \\ x-y \in F^{\perp} \end{cases} \]
Soit \(F\) un sous-espace vectoriel de \(E\) et \(x\) un élément de \(E\). L’application \(z \mapsto\|z-x\|\) admet un minimum sur \(F\), atteint uniquement en \(p_F(x)\); autrement dit : \[ \forall z \in F, \ \left\|p_F(x)-x\right\| \leqslant\|z-x\| \] et : \[ forall z \in F,\ \left(\|z-x\|=\left\|p_F(x)-x\right\| \Rightarrow z=p_F(x)\right) \]On dit aussi que \(p_F(x)\) est la meilleure approximation de \(z\) dans \(F\).
On munit \(\mathcal{M}_{n, 1}(\mathbb{R})\) est muni de son produit scalaire canonique et la norme euclidienne associée est notée \( \left\| \cdot \right\| \). Soit \(A\) une matrice de \(\mathcal{M}_{n, p}(\mathbb{R})\), de rang \( p \).
L’application \(X \mapsto\|A X-B\|\) admet un minimum sur \(\mathcal{M}_{p, 1}(\mathbb{R})\), atteint en un unique vecteur \(X_0\), solution de l’équation \({ }^t A A X_0={ }^t A B\) ; autrement dit : \[ \left\|A X_0-B\right\|=\min _{X \in \mathcal{M}_{p, 1}(\mathbb{R})}\|A X-B\| \Leftrightarrow X_0=\left({ }^t \! A A\right)^{-1 } \, {}^t \! A B \]