Le 06 octobre 2018 à 15:38:48 Dagnyr a écrit :
La question 1) n'est pas extrêmement difficile.
On construit une base orthonormale dont le premier vecteur est u, notée (u,v,w).
L'ensemble O (je note Oméga O pour simplifier) devient alors l'ensemble des vecteurs tels que les coordonnées (a,b,c) dans ma base vérifient a>=0 et a² >= b² + c². Autrement dit, O est l'intérieur d'un demi-cône d'axe u et d'angle pi/2.
Montrons que Y = O.
Soit x = au + bv + cw dans O.
Soit x' = a'u + b'v + c'w, également dans O.
On veut montrer (x,x') >=0, et on sait déjà que aa' >=0.
Montrons que aa' >= |bb' + cc'|
(aa')² >= (b²+c²)(b'²+c'²) = b²b'² + b²c'² + c²b'² + c²c'² >= b²b'² + c²c'² + 2bb'cc' = (bb' + cc')² CQFD
Donc O est inclus dans Y.
Soit y = au + bv + cw dans Y.
u appartient à O, donc a est positif. Il reste à montrer que a² >= b² + c².
on considère le vecteur x= (sqrt(b²+c²), -b, -c) qui appartient clairement à O.
alors (y|x) = a*sqrt(b²+c²) - (b² + c²)
donc a*sqrt(b²+c²) >= b² + c²
donc a² >= b² + c²
Et finalement, Y = O 
Pour la 2), on peut proposer une application de rang 1 qui a pour image une droite engendrée par un vecteur qui se trouve sur le bord du demi-cône.
Genre u(x) = (x|e)e avec e tel que (e|s(e)) = 0
Notons e = f+g, avec f et g dans O.
alors (f+g|s(f) + s(g)) = 0.
donc (f|s(f)) + (g|s(g)) + (f|s(g)) + (g|s(f)) = 0
i.e (f|s(f)) + (g|s(g)) + 2 (f|g) + (f|-2(g|u)u) + (g|-2(f|u)u)= 0
Or (f|s(f)) + (g|s(g)) - 4(f|u)(g|u) <= 0 et (f|g) >= 0
Par Cauchy-Schwarz, (f|g) <= ||f|| ||g||
Si f = au + bv + cw, on sait que a² >= b² + c². En particulier, ||f||<= sqrt(2) a = sqrt(2) (f|u)
d'où (f|g) <= ||f|| ||g|| = 2 (f|u)(g|u)
D'où 2(f|g) <= 4(f|u)(g|u)
Avec l'inégalité qui précède, ceci impose (f|s(f)) = (g|s(g)) = 0
et que le cas d'égalité soit respecté dans toutes les inégalités qu'on a vues passer.
En particulier, (f|g) = ||f|| ||g||, donc f et g ne sont pas linéairement indépendants.
Ainsi, e ne peut pas s'écrire comme somme de deux vecteurs de O linéairement indépendants.
En particulier, pour que u soit somme de deux éléments de N, il faut que ceux-ci, envoient O sur Vect(e). O contient une base de E, donc il faut que ces deux éléments aient Vect(e) pour image, et ils sont alors linéairement liés à u.
Donc u est un endomorphisme extrémal.
Réciproquement, on peut montrer que si l'image de u n'est pas sur le bord du demi-cône, il ne sera pas extrémal, en raisonnant un peu de la même manière mais j'ai grave la flemme.
Bref, c'est pas infaisable avec le programme de prépa actuel mais c'est quand même un exo difficile, je pense.
Et j'ai pas regardé les autres questions. 