Question Number 99828 by mathmax by abdo last updated on 23/Jun/20

$$\mathrm{let}\:\mathrm{A}\:=\begin{pmatrix}{\mathrm{2}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{1}}\\{\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}}\end{pmatrix} \\ $$$$\left.\mathrm{1}\right)\:\mathrm{calculate}\:\mathrm{A}^{\mathrm{n}} \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\mathrm{determine}\:\mathrm{cosA}\:\mathrm{and}\:\mathrm{sinA} \\ $$$$\left.\mathrm{3}\right)\:\mathrm{find}\:\mathrm{chA}\:\mathrm{and}\:\mathrm{shA} \\ $$
Commented by bachamohamed last updated on 23/Jun/20

$$\left.\:\:\:\:\mathrm{1}\right)\:\: \\ $$$$\boldsymbol{{A}}=\begin{pmatrix}{\mathrm{2}\:\:\:\mathrm{1}}\\{\mathrm{1}\:\:\:\:\mathrm{2}}\end{pmatrix}\:\: \\ $$$$\boldsymbol{{p}}_{\boldsymbol{{A}}} \left(\boldsymbol{\lambda}\right)=\boldsymbol{{det}}\left(\boldsymbol{{A}}−\boldsymbol{\lambda{I}}_{\mathrm{2}} \right)=\left(\boldsymbol{\lambda}−\mathrm{1}\right)\left(\boldsymbol{\lambda}−\mathrm{2}\right)\:\:\:\boldsymbol{{donc}}\:\:\boldsymbol{{les}}\:\boldsymbol{{valeurs}}\:\boldsymbol{{propres}}\:\boldsymbol{{sont}}\:\:\left\{_{\boldsymbol{\lambda}_{\mathrm{2}} =\mathrm{2}} ^{\boldsymbol{\lambda}_{\mathrm{1}} =\mathrm{1}} \right. \\ $$$$\boldsymbol{{E}}_{\boldsymbol{\lambda}_{\mathrm{1}} } =<\left(−\mathrm{1}.\mathrm{1}\right)>\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{{E}}_{\boldsymbol{\lambda}_{\mathrm{2}} } =<\left(\mathrm{1}.\mathrm{1}\right)>\:\:\:\:\boldsymbol{{ou}}\:\:\:\boldsymbol{{les}}\:\boldsymbol{{vecteurs}}\:\boldsymbol{{propres}}\:\boldsymbol{{sont}}\:\left\{_{\boldsymbol{{v}}_{\mathrm{2}} =\left(\mathrm{1}.\mathrm{1}\right)} ^{\boldsymbol{{v}}_{\mathrm{1}} =\left(−\mathrm{1}.\mathrm{1}\right)} \right. \\ $$$$\boldsymbol{{et}}\:\:\boldsymbol{{donc}}\:\:\exists\:\boldsymbol{{p}}\:\in\boldsymbol{{M}}_{\mathrm{2×2}} \left(\mathrm{R}\right)\:\:\:\:\boldsymbol{{telle}}\:\boldsymbol{{que}}\:\:\boldsymbol{{B}}=\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \boldsymbol{{A}}.\boldsymbol{{p}} \\ $$$$\boldsymbol{{on}}\:\boldsymbol{{a}}\:\:\boldsymbol{{id}}_{\boldsymbol{{E}}} \:\:\left(\boldsymbol{{R}}^{\mathrm{2}} .\left(\boldsymbol{{v}}_{\mathrm{1}} .\boldsymbol{{v}}_{\mathrm{2}} \right)\right)\overset{\boldsymbol{{p}}\:\:\boldsymbol{{matrix}}\:\boldsymbol{{de}}\:\boldsymbol{{id}}_{\boldsymbol{{E}}} } {\rightarrow}\left(\boldsymbol{{R}}^{\mathrm{2}} .\left(\boldsymbol{{e}}_{\mathrm{1}} .\boldsymbol{{e}}_{\mathrm{2}} \right)\right)\:\:\:\boldsymbol{{en}}\:\boldsymbol{{deduire}}\:\boldsymbol{{que}}\:\:\boldsymbol{{p}}=\begin{pmatrix}{−\mathrm{1}\:\:\:\:\:\mathrm{1}}\\{\:\:\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\mathrm{1}}\end{pmatrix}\:\:\:\:\boldsymbol{{et}}\:\:\:\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} =\begin{pmatrix}{−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\\{\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\end{pmatrix}\:\:\: \\ $$$$\boldsymbol{{B}}=\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \boldsymbol{{Ap}}\:=\begin{pmatrix}{\mathrm{1}\:\:\mathrm{0}}\\{\mathrm{0}\:\:\:\mathrm{3}}\end{pmatrix}\:\:\:\:\boldsymbol{{et}}\:\boldsymbol{{B}}^{\boldsymbol{{n}}} =\left(\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \boldsymbol{{Ap}}\right)^{\boldsymbol{{n}}} =\left(\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \boldsymbol{{Ap}}\right)\left(\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \boldsymbol{{Ap}}\right)…..\overset{\boldsymbol{{n}}\:\boldsymbol{{fois}}} {.}……\left(\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \boldsymbol{{Ap}}\right)=\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \boldsymbol{{A}}^{\boldsymbol{{n}}} .\boldsymbol{{p}}\:\:\:\:\:\Rightarrow\:\:\boldsymbol{{A}}^{\boldsymbol{{n}}} =\boldsymbol{{p}}.\boldsymbol{{B}}^{\boldsymbol{{n}}} .\boldsymbol{{p}}^{−\mathrm{1}} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\Rightarrow\boldsymbol{{A}}^{\boldsymbol{{n}}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\begin{pmatrix}{\left(\mathrm{3}^{\boldsymbol{{n}}} +\mathrm{1}\right)\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{3}^{\boldsymbol{{n}}} −\mathrm{1}}\\{\mathrm{3}^{\boldsymbol{{n}}} −\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{3}^{\boldsymbol{{n}}} +\mathrm{1}}\end{pmatrix} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 23/Jun/20

$$\mathrm{thankx}\:\mathrm{sir}. \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 23/Jun/20

$$\left.\mathrm{1}\right)\:\mathrm{the}\:\mathrm{caracteristic}\:\mathrm{polynome}\:\mathrm{is}\:\mathrm{P}_{\mathrm{c}} \left(\mathrm{A}\right)\:=\mathrm{det}\left(\mathrm{A}−\mathrm{xI}\right)=\begin{vmatrix}{\mathrm{2}−\mathrm{x}\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{1}}\\{\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}−\mathrm{x}}\end{vmatrix} \\ $$$$=\left(\mathrm{2}−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\:=\left(\mathrm{x}−\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\:=\left(\mathrm{x}−\mathrm{2}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{x}−\mathrm{2}+\mathrm{1}\right)\:=\left(\mathrm{x}−\mathrm{3}\right)\left(\mathrm{x}−\mathrm{1}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\Rightarrow\lambda_{\mathrm{1}} =\mathrm{1}\:\mathrm{and}\:\lambda_{\mathrm{2}} =\mathrm{3}\:\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{x}^{\mathrm{n}\:} \:=\mathrm{p}_{\mathrm{c}} \left(\mathrm{x}\right)\mathrm{q}\:+\mathrm{u}_{\mathrm{n}} \mathrm{x}+\mathrm{v}_{\mathrm{n}} \:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{1}\:=\mathrm{u}_{\mathrm{n}} \:+\mathrm{v}_{\mathrm{n}} \:\mathrm{and}\:\mathrm{3}^{\mathrm{n}} \:=\mathrm{3u}_{\mathrm{n}} \:+\mathrm{v}_{\mathrm{n}} \:\Rightarrow\mathrm{2u}_{\mathrm{n}} =\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}\:\Rightarrow\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{v}_{\mathrm{n}} =\mathrm{1}−\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\mathrm{1}−\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:=\frac{\mathrm{2}−\mathrm{3}^{\mathrm{n}} +\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:=\frac{\mathrm{3}−\mathrm{3}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{A}^{\mathrm{n}} \:=\mathrm{u}_{\mathrm{n}} \:\mathrm{A}\:+\mathrm{v}_{\mathrm{n}} \mathrm{I}=\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\begin{pmatrix}{\mathrm{2}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{1}}\\{\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}}\end{pmatrix}\:\:+\frac{\mathrm{3}−\mathrm{3}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{2}}\begin{pmatrix}{\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{0}}\\{\mathrm{0}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{1}}\end{pmatrix} \\ $$$$=\begin{pmatrix}{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\\{\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}\end{pmatrix}\:+\begin{pmatrix}{\frac{\mathrm{3}−\mathrm{3}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{0}}\\{\mathrm{0}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{3}−\mathrm{3}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{2}}}\end{pmatrix} \\ $$$$=\begin{pmatrix}{\frac{\mathrm{2}.\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{2}+\mathrm{3}−\mathrm{3}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\\{\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{2}.\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{2}+\mathrm{3}−\mathrm{3}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{2}}}\end{pmatrix} \\ $$$$=\begin{pmatrix}{\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} \:+\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\\{\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\frac{\mathrm{3}^{\mathrm{n}} +\mathrm{1}}{\mathrm{2}}}\end{pmatrix} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 24/Jun/20

$$\left.\mathrm{2}\right)\:\mathrm{cos}\:\mathrm{A}\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{A}^{\mathrm{2n}} }{\left(\mathrm{2n}\right)!}\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\mathrm{2}\left(\mathrm{2n}\right)!}\:\begin{pmatrix}{\mathrm{3}^{\mathrm{2n}} \:+\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{3}^{\mathrm{2n}} −\mathrm{1}}\\{\mathrm{3}^{\mathrm{2n}} −\mathrm{1}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{3}^{\mathrm{2n}} +\mathrm{1}}\end{pmatrix} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\begin{pmatrix}{\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\left(\mathrm{2n}\right)!}\mathrm{3}^{\mathrm{2n}} \:+\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\left(\mathrm{2n}\right)!}\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{3}^{\mathrm{2n}} }{\left(\mathrm{2n}\right)!}−\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\left(\mathrm{2n}\right)!}}\\{…..\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:….}\end{pmatrix} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\begin{pmatrix}{\mathrm{cos}\left(\mathrm{3}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{1}\right)\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{cos3}−\mathrm{cos}\left(\mathrm{1}\right)}\\{\mathrm{cos}\left(\mathrm{3}\right)−\mathrm{cos}\left(\mathrm{1}\right)\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{3}\right)+\mathrm{cos}\left(\mathrm{1}\right)}\end{pmatrix} \\ $$$$\mathrm{sinA}\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{A}^{\mathrm{2n}+\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{2n}+\mathrm{1}\right)!}\:\:=….. \\ $$