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Licence 2 · Algèbre L2 — Matrices, déterminants et réduction
Déterminants et inversibilité
Déterminants
1. Définition
Le déterminant de est un scalaire défini de façon unique par :
1. Multilinéarité par rapport aux colonnes (ou lignes)
2. Alternance (échanger deux colonnes change le signe)
3.
Développement selon la première ligne :
où est la sous-matrice obtenue en supprimant la ligne et la colonne .
2. Propriétés fondamentales
-
-
-
- inversible , et alors
- Règle de Sarrus (pour )
3. Formule pour et
Pour : développer selon une ligne ou une colonne.
4. Cofacteurs et inverse
Le cofacteur .
Formule d'inversion : où .
5. Formule de Cramer
Pour avec inversible : où est avec la -ième colonne remplacée par .
Exercices de la leçon
Exercice 1
Calculer .
Corrigé
.
Exercice 2
Vrai ou faux : .
Corrigé
Faux. La formule correcte est (multiplicativité), pas la somme.
Exercice 3
La matrice est-elle inversible ?
Corrigé
. Le déterminant est nul, donc n'est pas inversible.
Exercice 4
Calculer .
Corrigé
Pour une matrice triangulaire inférieure, le déterminant est le produit des éléments diagonaux : .
Exercice 5
Si , quel est pour ?
Corrigé
. En général pour une matrice .
Exercice 6
Calculer le déterminant de .
Corrigé
Matrice triangulaire supérieure : .
Exercice 7
Résoudre par la règle de Cramer.
Corrigé
Cramer :
, .
, , .
, , .
Vérif : ✓, ✓.
Exercice 8
Vrai ou faux : .
Corrigé
Faux. Le déterminant est multilinéaire en les colonnes (ou lignes) séparément, pas en la matrice globale. Contre-exemple : , , mais .
Exercice 9
Trouver l'inverse de par la formule des cofacteurs.
Corrigé
.
Cofacteurs : , , , .
.
.
Exercice 10
Vrai ou faux : .
Corrigé
Vrai. Par multiplicativité : .
Exercice 11
Calculer (déterminant de Vandermonde ).
Corrigé
Déterminant de Vandermonde :
, :
.
Exercice 12
Vrai ou faux : Si toutes les valeurs propres de sont non nulles, alors est inversible.
Corrigé
Vrai. (produit des valeurs propres). Si toutes les , alors , donc est inversible.
Exercice 13
Montrer que .
Corrigé
Sketch de preuve :
Cas A ou B non inversible : , donc . Et car ou .
Cas A,B inversibles : On montre que est une application vérifiant les 3 axiomes du déterminant en les colonnes de , et . Par unicité du déterminant, .
Exercice 14
Calculer pour et trouver les valeurs propres.
Corrigé
.
Valeurs propres : .
Exercice 15
Vrai ou faux : Si est une matrice nilpotente ( pour un certain ), alors .
Corrigé
Vrai. . Donc est non inversible. Cela est cohérent avec le fait que les matrices nilpotentes ont toutes leurs valeurs propres nulles.
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