Licence 2Algèbre

Déterminants et inversibilité

60 min15 exercicesSéquence 2.2 — Licence 2
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Durée : 60 min

Déterminants

1. Définition

Le déterminant de A∈MnA\in\mathcal{M}_n est un scalaire det⁡(A)∈R\det(A)\in\mathbb{R} défini de façon unique par :
1. Multilinéarité par rapport aux colonnes (ou lignes)
2. Alternance (échanger deux colonnes change le signe)
3. det⁡(In)=1\det(I_n)=1

Développement selon la première ligne :

det⁡(A)=∑j=1n(−1)1+ja1jdet⁡(A1j)\det(A) = \sum_{j=1}^n (-1)^{1+j}a_{1j}\det(A_{1j})

où A1jA_{1j} est la sous-matrice obtenue en supprimant la ligne 11 et la colonne jj.

2. Propriétés fondamentales

- det⁡(AB)=det⁡(A)det⁡(B)\det(AB)=\det(A)\det(B)
- det⁡(AT)=det⁡(A)\det(A^T)=\det(A)
- det⁡(λA)=λndet⁡(A)\det(\lambda A)=\lambda^n\det(A)
- AA inversible ⇔det⁡(A)≠0\Leftrightarrow \det(A)\neq0, et alors det⁡(A−1)=1/det⁡(A)\det(A^{-1})=1/\det(A)
- Règle de Sarrus (pour 3×33\times3)

3. Formule pour 2×22\times2 et 3×33\times3

det⁡(abcd)=ad−bc\det\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bc

Pour 3×33\times3 : développer selon une ligne ou une colonne.

4. Cofacteurs et inverse

Le cofacteur Cij=(−1)i+jdet⁡(Aij)C_{ij}=(-1)^{i+j}\det(A_{ij}).

Formule d'inversion : A−1=1det⁡(A)adj(A)A^{-1}=\frac{1}{\det(A)}\text{adj}(A) où adj(A)ij=Cji\text{adj}(A)_{ij}=C_{ji}.

5. Formule de Cramer

Pour AX=BAX=B avec AA inversible : xi=det⁡(Ai)det⁡(A)x_i=\frac{\det(A_i)}{\det(A)} où AiA_i est AA avec la ii-ième colonne remplacée par BB.

Exercices

Calculer det⁡(3124)\det\begin{pmatrix}3&1\\2&4\end{pmatrix}.

Vrai ou faux : det⁡(AB)=det⁡(A)+det⁡(B)\det(AB)=\det(A)+\det(B).

La matrice A=(2412)A=\begin{pmatrix}2&4\\1&2\end{pmatrix} est-elle inversible ?

Calculer det⁡(100230456)\det\begin{pmatrix}1&0&0\\2&3&0\\4&5&6\end{pmatrix}.

Si det⁡(A)=3\det(A)=3, quel est det⁡(2A)\det(2A) pour A∈M3A\in\mathcal{M}_3 ?

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