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Le calcul matriciel

🔴 Expert

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  1. 1

    Démontre, à l'aide d'un contre-exemple, que la multiplication des matrices n'est pas commutative.

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    Il suffit d'exhiber deux matrices dont les deux produits diffèrent.
    Prenons A=(0100)A = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} et B=(0010)B = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}.
    Alors AB=(1000)AB = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} tandis que BA=(0001)BA = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}.
    Ces deux résultats sont différents, donc l'égalité AB=BAAB = BA est fausse en général. Un seul contre-exemple suffit à réfuter une propriété annoncée pour toutes les matrices.

  2. 2

    Démontre par récurrence que la puissance d'exposant nn de la matrice (1101)\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} vaut (1n01)\begin{pmatrix} 1 & n \\ 0 & 1 \end{pmatrix}.

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    Pour n=1n = 1, les deux membres valent la matrice de départ : la propriété est vraie au premier rang.
    Supposons-la vraie à un rang nn. On multiplie alors (1n01)\begin{pmatrix} 1 & n \\ 0 & 1 \end{pmatrix} par (1101)\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}.
    Le coefficient en haut à droite devient 1×1+n×1=n+11 \times 1 + n \times 1 = n+1, les autres restent inchangés : on obtient (1n+101)\begin{pmatrix} 1 & n+1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}.
    La propriété est donc héréditaire, et par récurrence elle est vraie pour tout entier nn supérieur ou égal à 1.

  3. 3

    Démontre que si deux matrices carrées AA et BB sont inversibles, alors l'inverse du produit ABAB est B−1A−1B^{-1}A^{-1}.

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  4. 4

    Détermine toutes les matrices d'ordre 2 qui commutent avec la matrice (1101)\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}.

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  5. 5

    Démontre que le déterminant du produit de deux matrices d'ordre 2 est égal au produit de leurs déterminants.

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  6. 6

    On pose A=(2−1−12)A = \begin{pmatrix} 2 & -1 \\ -1 & 2 \end{pmatrix}. Vérifie l'égalité A2−4A+3I=0A^{2} - 4A + 3I = 0, puis déduis-en l'inverse de AA.

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  7. 7

    Détermine la puissance d'exposant nn de la matrice (1011)\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 1 & 1 \end{pmatrix}, et justifie ta réponse.

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  8. 8

    On pose P=(1000)P = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix}. Vérifie que P2=PP^{2} = P, puis explique ce que cela signifie.

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  9. 9

    Résous le système {x+y+z=6y+z=5z=3\begin{cases} x + y + z = 6 \\ y + z = 5 \\ z = 3 \end{cases}, puis explique pourquoi la forme de ce système rend le calcul immédiat.

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  10. 10

    Explique pourquoi l'égalité AB=ACAB = AC ne permet pas toujours de conclure que BB et CC sont égales.

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Le calcul matriciel : 10 exercices niveau expert corrigés