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Calcul matriciel

🟡 Moyen

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  1. 1

    On donne A=(m41m)A = \begin{pmatrix} m & 4 \\ 1 & m \end{pmatrix} où m est un réel.
    a) Calcule det A en fonction de m.
    b) Pour quelles valeurs de m la matrice A n'est-elle pas inversible ?

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    a) det⁡A=m×m−4×1=m2−4\det A = m\times m - 4\times 1 = m^{2} - 4.
    b) A n'est pas inversible ⇔det⁡A=0⇔m2−4=0⇔m2=4⇔m=2\Leftrightarrow \det A = 0 \Leftrightarrow m^{2} - 4 = 0 \Leftrightarrow m^{2} = 4 \Leftrightarrow m = 2 ou m=−2m = -2.
    Donc A n'est pas inversible pour m=2m = 2 et pour m=−2m = -2 ; elle est inversible pour toute autre valeur de m.

  2. 2

    On donne A=(1235)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 3 & 5 \end{pmatrix} et B=(0110)B = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}. Résous l'équation matricielle AX=BA X = B, d'inconnue la matrice X de format 2×22\times 2.

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    det⁡A=1×5−2×3=5−6=−1≠0\det A = 1\times 5 - 2\times 3 = 5 - 6 = -1 \ne 0, donc A est inversible et X=A−1BX = A^{-1} B.
    A−1=1(−1)×(5−2−31)=(−523−1)A^{-1} = \frac{1}{(-1)} \times \begin{pmatrix} 5 & -2 \\ -3 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -5 & 2 \\ 3 & -1 \end{pmatrix}.
    X=(−523−1)×(0110)X = \begin{pmatrix} -5 & 2 \\ 3 & -1 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}.
    (X)1(X)_{1},1=−5×0+2×1=2_{1} = -5\times 0 + 2\times 1 = 2. (X)1(X)_{1},2=−5×1+2×0=−5_{2} = -5\times 1 + 2\times 0 = -5.
    (X)2(X)_{2},1=3×0+(−1)×1=−1_{1} = 3\times 0 + (-1)\times 1 = -1. (X)2(X)_{2},2=3×1+(−1)×0=3_{2} = 3\times 1 + (-1)\times 0 = 3.
    Donc X=(2−5−13)X = \begin{pmatrix} 2 & -5 \\ -1 & 3 \end{pmatrix}.
    Vérification A X : Ligne 1 : (1×2+2×(−1) ; 1×(−5)+2×3)=(0 ; 1)(1\times 2+2\times (-1) \,;\, 1\times (-5)+2\times 3) = (0 \,;\, 1). Ligne 2 : (3×2+5×(−1) ; 3×(−5)+5×3)=(1 ; 0)(3\times 2+5\times (-1) \,;\, 3\times (-5)+5\times 3) = (1 \,;\, 0). On retrouve B.

  3. 3

    On donne A=(1101)A = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}.
    a) Calcule A2A^{2}, A3A^{3} et A4A^{4}.
    b) Quelle formule peux-tu conjecturer pour An(n≥1)A^{n} (n \ge 1) ?

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  4. 4

    On donne A=(2314)A = \begin{pmatrix} 2 & 3 \\ 1 & 4 \end{pmatrix}.
    a) Justifie que A est inversible.
    b) Détermine A⁻¹.
    c) Vérifie ton résultat en calculant A A⁻¹.

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  5. 5

    On donne A=(3524)A = \begin{pmatrix} 3 & 5 \\ 2 & 4 \end{pmatrix} et B=(2−52−132)B = \begin{pmatrix} 2 & -\frac{5}{2} \\ -1 & \frac{3}{2} \end{pmatrix}. Montre, en calculant le produit AB, que B=A−1B = A^{-1}.

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  6. 6

    On donne A=(102−131)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 & 2 \\ -1 & 3 & 1 \end{pmatrix} et B=(210−142)B = \begin{pmatrix} 2 & 1 \\ 0 & -1 \\ 4 & 2 \end{pmatrix}.
    a) Quel est le format de A, celui de B, et celui de AB ?
    b) Calcule AB.

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  7. 7

    Résous le système suivant en l'écrivant sous la forme matricielle AX=BA X = B, puis en utilisant A⁻¹ :
    {2x+3y=5x+4y=5\begin{cases} 2x + 3y = 5 \\ x + 4y = 5 \end{cases}

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  8. 8

    On donne A=(1011)A = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}.
    a) Calcule A2A^{2} et A3A^{3}.
    b) Conjecture An(n≥1)A^{n} (n \ge 1) et démontre-la par récurrence.

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  9. 9

    Dans une boulangerie, 3 croissants et 2 pains au chocolat coûtent 5,40 € ; 2 croissants et 5 pains au chocolat coûtent 8,00 €. On note x le prix d'un croissant et y celui d'un pain au chocolat.
    a) Écris le système sous forme matricielle AX=BA X = B.
    b) Résous-le à l'aide de A⁻¹ et donne le prix de chaque pâtisserie.

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  10. 10

    On donne A=(2003)A = \begin{pmatrix} 2 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix}.
    a) Calcule A2A^{2} et A3A^{3}.
    b) Conjecture une formule pour An(n≥1)A^{n} (n \ge 1).
    c) Démontre cette formule par récurrence.

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