Développement : Loi d'inertie de Sylvester, classification des formes quadratiques sur R, équivalence

Détails/Enoncé :

Soit $(E, q)$ un espace quadratique.

Lemme 1 : Pour tout sous-espace vectoriel $F$ de $E$, on a $\dim(F) + \dim(F^{\perp}) \geq E$ avec égalité lorsque $q$ est non dégénérée. De plus, $E = F \oplus F^{\perp}$ si, et seulement si $q_{|F}$ est non dégénérée.

Thm/Déf 2 : Pour toute base $q$-orthogonale $(e_1, \ldots ,e_n)$ de $E$, les entiers $s = \# \{i \in [\![1,n]\!] \ | \ q(e_i) > 0\}$ et $t = \# \{i \in [\![1,n]\!] \ | \ q(e_i) < 0\}$ ne dépendent que de $q$, et non du choix de la base $q$-orthogonale. Le couple $(s,t)$ est alors appelé signature de $q$.

Thm 3 : Notons $\mathcal{P}$ (resp $\mathcal{N}$) l'ensemble des sous-espaces vectoriels $F$ de $E$ tels que $q_{|F}$ est définie positive (resp. définie négative). En notant $(s,t)$ la signature de $q$, on a:
$$ s = \max\limits_{F \in \mathcal{P}} \dim(F) \quad \hbox{et} \quad t = \max\limits_{F \in \mathcal{N}} \dim(F) $$

Recasages pour l'année 2025 :

Autres années :

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    Recasages: 151, 170, 171

    Rombaldi [2e édition] p 468 & 476

    J'ajoute la preuve de $\dim(F) + \dim(F^{\perp}) \geq \dim(E)$ avec cas d'égalité et $E = F \oplus F^{\perp}$ si $q_{|F}$ non dégénérée, qui permet d'une part de tenir 15 minutes et non 5, et d'autre part renforce le recasage dans la 170. Commentaires en fin de document.

    Rekasator alternatif (test exhaustif cherchant la plus petite quantité sans prendre en compte la qualité) + tableur pour le suivi des leçons: https://sites.google.com/view/ospoam/accueil
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    J'aime bien ce développement. Il n'est pas compliqué et aborde un résultat ultra classique.

    Les références sont indiquées à la fin du plan. N'hésitez pas à me contacter pour me signaler toute erreur ou imprécision.
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Références utilisées dans les versions de ce développement :

Mathématiques pour l'agrégation: Algèbre et géométrie, Jean Etienne Rombaldi (utilisée dans 510 versions au total)