Solution du 2e exercice de Gonzague :
Soit A la matrice de u dans la base canonique de R^3. On munit R^3 de sa structure euclidienne canonique.
1ère piste (qui ne fonctionnera pas, mais donne une idée pour la suite)
Le polynôme caractéristique de A est de degré 3, à coefficients réels, tend vers +oo en -oo et vers -oo en +oo donc il possède une racine réelle (TVI) ce qui donne une valeur propre (réelle) de A (donc de u). En notant x un vecteur propre (non nul !) associé, la droite Vect(x) est stable par u. Mais ceci ne donne toujours pas un plan stable....
2e piste (qui sera la bonne)
On va utiliser ce qui précède avec la matrice tA (où tA désigne la transposée de A). Notons v l'endomorphisme canoniquement associé à tA. Par le raisonnement précédent appliqué à v, il existe x un vecteur non nul qui soit vecteur propre de v. Alors on vérifie (2 lignes de calcul) que l'orthogonal de la droite Vect(x) est stable par u. Et l'orthogonal de Vect(x) est bien un plan.
Et voilà !
Remarque :
On peut généraliser ceci : si u appartient à L(R^n) avec n impair, alors u admet une droite et un hyperplan stable par u (très facile à partir des idées données)