Application linéaire du K-espace vectoriel E dans K

Partie

Question

Soient \(E\) un \(\mathbf{K}\textrm{-espace}\) vectoriel et \(f\) une application linéaire non nulle de \(E\) dans \(\mathbf K\).

Montrer que \(f\) est surjective.

Aide simple

Remarquer que, l'application \(f\) étant non nulle, il existe un vecteur \(u\) de \(E\), dont l'image par \(f\) est un scalaire non nul.

Aide méthodologique

Pour vérifier que l'application \(f\) est surjective, on démontre que tout élément de \(\mathbf K\) est l'image par \(f\) d'un élément de \(E\).

Aide à la lecture

Les images par \(f\) des vecteurs de \(E\) sont des éléments du corps \(\mathbf K\), considéré avec sa structure de \(\mathbf{K}\textrm{-espace}\) vectoriel.

Solution détaillée

Puisque l'application \(f\) n'est pas l'application nulle, il existe un vecteur \(u\) de \(E\), dont l'image par \(f\) est un scalaire \(\alpha\) non nul. Or tout scalaire \(\beta\) de \(\mathbf K\) est proportionnel à \(\alpha\), en effet \(\displaystyle{\beta=\frac{\beta}{\alpha}\alpha}\),

donc \(\displaystyle{\beta=\frac{\beta}{\alpha}f(u)=f(\frac{\beta}{\alpha}u)}\) car \(f\) est linéaire.

Ceci entraîne bien que \(f\) est surjective.

Remarque

On pouvait dire aussi que l'image de \(f\) est un sous-espace vectoriel de \(\mathbf K\), et que les seuls sous-espaces vectoriels de \(\mathbf K\) étant {0} et \(\mathbf K\), ce ne peut être {0}, puisque \(f\) est non nulle.

C'est donc \(\mathbf K\), donc \(\textrm{Im}(f)=\mathbf K\), donc \(f\) est surjective.