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Les différentes notions d'inversibilité et applications

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par Adil BOUHRARA
Université de Fès - Master mathématiques informatique et applications 2012
  

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2 Moore-Penrose inverse dans C"- algèbre

2.1 Définitions

Définition 2.1 Un élément a E A d'une C*-algèbre est Moore-Penrose inversible s'il existe x E A tel que :

xax = x , axa = a, (ax)* = ax, (xa)* = xa. Remarque 2.1 Si A une C*-algèbre d'unité e, alors

1. e+ = e

2. si a E Inv(A), alors a+ = a-1.

Un tel élémnent x quand il existe il sera noté par a+, l'ensemble des éléments de A qui admettent un inverse de Moore-Penrose sera notée par A+.

Proposition 2.1 Soit a, x deux éléments d'une C*-algèbre A. Alors

1. a = axa et (ax)* = ax a = x*a*a.

2. a = axa et (xa)* = xa a = aa*x*.

3. x = xax et (ax)* = ax x = xx*a*.

4. x = xax et (xa)* = xa x = a*a*x.
Preuve:

1. =] On a : a = axa = (ax)*a = x*a*a.

2. =] Si a = x*a*a, alors ax = (ax)*(ax), ainsi (ax)* = (ax)*(ax),d0o`u (ax) = (ax)*. On a : a = x*a*a = (ax)*a = (ax)a.

Idem pour 2,3,4.

Contrairement a` l'inverse généralisé, l'inverse de Moore-Penrose quand il existe il est unique. Th'eor`eme 2.1 Si A une C*-algèbre, alors l'inverse de Moore-Penrose est unique.

Preuve: Soient b, b' deux inverses de Moore-Penrose de a.

Il suffit de montrer : b'a = ba et ab' = ab car

b'ab' = b'ab = bab,donc b' = b.

On pose p = ba,q = ab, p' = b'a et q' = ab',

comme a = aba = ab'a,alors p = p, (p0)* = p0, q* = q et (q0)* = q'. Alors

p'p = b'aba = b'a = p' et pp' = bab'a = ba = p.

de plus

p0 = (p0)* = p0p = p*(p0)* = pp'.

donc

p0 = p'p = pp' = p.

d'o`u b'a = ba. De màeme,

q'p = abab' = ab' = q' et q'q = ab'ab = ab = q.

de plus

q' = (q0)* = (q0)*q* = q'q.

donc

q' = qq' = q'q = q.

d'o`u ab' = ab.

Proposition 2.2 Soit a un élément d'une C*-algèbre A,alors les conditions suivantes sont équiva-

lentes :

1. x est un inverse de Moore-Penrose de a.

2. a = x*a*a et x = a*x*x.

3. a = aa*x* et x = xx*a*.

Preuve: On applique la proposition 2.1 [p.11] et la définition de l'inverse de Moore-Penrose.

Proposition 2.3 Si a admet un inverse de Moore-Penrose, alors

1. (a+)+ = a.

2. (a+)* = (a*)+.

Preuve:

1. On remplace x par a+ et on applique la définition une fois de plus.

2. On pose x = (a+)*, alors

(a) a*xa* = (aa+a)* = a*

(b) xa*x = (a+aa+)* = (a+)* = x

(c) (a*x)* = x*a = a+a = (a+a)* = a*x

(d) (xa*)* = aa+ = (aa+)* = (a+)*a* = xa*

donc x = (a*)+.

Remarque 2.2 Les assertions suivantes sont équivalentes

1. x est un inverse de Moore-Penrose de a.

2. a* = a*ax et x = x*xa.

3. a* = xaa* et x = axx*.

Proposition 2.4 Soit a un élément d'une C*-algèbre A, alors les conditions suivantes sont équivalentes :

1. x est un inverse de Moore-Penrose de a.

2. a* = xaa* et x = xx*a*.

3. a = aa*x* et x = axx*.

4. a = a*ax et x = a*x*x.

5. a = x*a*a et x = x*xa.

Preuve: La proposition 2.1[p.11] et la remarque précédente.

Le théorème suivant va nous donner une condition nécessaire et suffaisante pour qu'élément a admet un inverse de Moore-Penrose.

Th'eor`eme 2.2 Un élément a dans une C*-algèbre est Moore-Penrose inversible si et seulement si a est régulier.

Preuve:

Si a est régulier,alors il existe b E A tel que aba = a et bab = b.

Comme p = ba et q = ab sont auto adjoints et idempotents (voir proposition 2.1 [p.38]) ,alors u = p+p et v = qq+ existent. Or ap = aba = a donc au = apu = app+p = ap = a d'o`u qa = a donc va = vqa = qq+qa = qa = a et parsuite on vérifie que l'élément x = ubv est l'inverse de Moore-Penrose de a.

Reciproquement,chaque a E A+ est régulier.

Th'eor`eme 2.3 Soit a un élément d'une C*-algèbre unitaire A,les conditions suivantes sont équivalentes :

1. a admet un inverse de Moore-Penrose.

2. a est régulier.

3. aA est fermé. Preuve: 1 2 3 déj`a fait.

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"Je ne pense pas qu'un écrivain puisse avoir de profondes assises s'il n'a pas ressenti avec amertume les injustices de la société ou il vit"   Thomas Lanier dit Tennessie Williams