4. Espaces vectoriels de dimension finie
• Définition
On dit qu'un espace vectoriel E sur K est de dimension finie sur K, ou, plus simplement, de dimension finie, s'il existe une partie génératrice finie de E. Dans le cas contraire, on dit que E est de dimension infinie.
Pour qu'un espace vectoriel E soit de dimension finie, il faut et il suffit qu'il existe une partie basique finie de E, puisque de toute partie génératrice on peut extraire une partie basique.
Théorème 10. Soit E un espace vectoriel de dimension finie sur K, et B une partie basique finie de E ayant n éléments. Alors toute partie libre L de E est finie, et le nombre p d'éléments de L est inférieur ou égal à n. De plus, on peut compléter L en une partie basique de E en lui adjoignant (n − p) éléments convenablement choisis dans B.
Le théorème se démontre en utilisant le lemme d'échange suivant, qui fournit en outre un procédé pratique de complétion de L en une partie basique.
Lemme. Soit B = (e1, e2, ..., en) une base de E, soit q un entier inférieur ou égal à n, et Lq = (f 1, f 2, ..., f q) une famille libre de E. On suppose que Bq = (f 1, f 2, ..., f q-1, eq, ..., en) est une base de E. Alors il existe au moins un entier i ∈ [q, n] tel qu'en substituant f q à ei dans Bq on obtienne encore une base de E, notée Bq+1.
Il suffit pour cela de décomposer f q dans la base Bq. Puisque Lq est libre, il existe au moins un entier i ∈ [q, n] tel que la i-ième composante de f
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