Déterminer si une application de R3 dans R2 est linéaire

Partie

Question

On considère l'application \(f\) de \(\mathbb R^3\) dans \(\mathbb R^2\) définie par :

\(f :(x,y,z)\mapsto(xz,yz)\)

L'application \(f\) est-elle linéaire ?

Aide simple

On peut montrer par exemple que \(f\) ne vérifie pas la propriété :

\(\forall(\alpha,u)\in\mathbb K\times E,f(\alpha u)=\alpha f(u)\)

en donnant un contre-exemple.

Aide méthodologique

Soit une application \(f\) d'un \(\mathbb K\textrm{-espace}\) vectoriel \(E\) dans un \(\mathbb K\textrm{-espace}\) vectoriel \(F\).

Pour démontrer que \(f\) est linéaire, on peut vérifier que :

\(\forall(u,v)\in E^2,f(u+v)=f(u)+f(v)\) et \(\forall(\alpha,u)\in\mathbb K\times E,f(\alpha u)=\alpha f(u)\)

ou bien que \(\forall(u,v)\in E^2,\forall(\alpha,\beta)\in\mathbb K^2,f(\alpha u+\beta v)=\alpha f(u)+\beta f(v).\)

Pour démontrer que \(f\) n'est pas linéaire on peut :

  • ou bien montrer que \(f(0_E)\neq0_F\)

  • ou bien trouver deux vecteurs de \(E\), \(u\) et \(v\) tels que \(f(u+v)\neq f(u)+f(v)\)

  • ou bien trouver un vecteur \(u\) de \(E\), et un scalaire \(\alpha\) tels que \(f(\alpha u)\neq\alpha f(u)\)

Aide à la lecture

La première composante de \(f(x,y,z)\) est égale au produit de la première et de la troisième composante de \(u=(x,y,z)\) .

La deuxième composante de \(f(x,y,z)\) est égale au produit de la deuxième et de la troisième composante de \(u=(x,y,z)\).

Solution détaillée

\(\forall(\alpha,u)\in\mathbb K\times E,f(\alpha u)=(\alpha^2xz,\alpha^2yz)\) et \(\alpha f(u)=(\alpha xz,\alpha yz)\).

Soient \(\alpha=2\) et \(u=(1,0,1)\), on a \(f(\alpha u)=f((2,0,2))=(4,0)\) et \(\alpha f(u)=2(1,0)=(2,0)\),

donc \(f(\alpha u)\neq\alpha f(u)\).

L'application \(f\) n'est pas linéaire.

Remarque

On pouvait également trouver deux vecteurs \(u\) et \(v\) tels que \(f(u+v)\neq f(u)+f(v)\).

(essayer \(u=(1,1,1)\) et \(v=(1,1,0)\))

En revanche, l'application \(f\) vérifie \(f((0,0,0))=(0,0)\).