Licence 2Algèbre

Matrices et opérations

55 min15 exercicesSéquence 1.1 — Licence 2
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Durée : 55 min

Matrices et opérations

1. Définitions

Une matrice A∈Mm,n(R)A\in\mathcal{M}_{m,n}(\mathbb{R}) est un tableau de mm lignes et nn colonnes. Le coefficient en ligne ii, colonne jj est noté aija_{ij}.

Matrices spéciales : identité InI_n, nulle 00, diagonale, triangulaire, symétrique (AT=AA^T=A), antisymétrique (AT=−AA^T=-A).

2. Opérations

- Addition : (A+B)ij=aij+bij(A+B)_{ij} = a_{ij}+b_{ij} (même taille).
- Multiplication scalaire : (λA)ij=λaij(\lambda A)_{ij}=\lambda a_{ij}.
- Produit : (AB)ij=∑k=1paikbkj(AB)_{ij}=\sum_{k=1}^p a_{ik}b_{kj} pour A∈Mm,pA\in\mathcal{M}_{m,p}, B∈Mp,nB\in\mathcal{M}_{p,n}.
- Transposée : (AT)ij=aji(A^T)_{ij}=a_{ji}.

Propriétés du produit :
- Associatif : (AB)C=A(BC)(AB)C=A(BC)
- Distributif sur l'addition
- Non commutatif en général : AB≠BAAB\neq BA
- (AB)T=BTAT(AB)^T = B^T A^T, (AB)−1=B−1A−1(AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1} si inversibles

3. Inversibilité

A∈MnA\in\mathcal{M}_n est inversible (ou régulière) si ∃B\exists B tel que AB=BA=InAB=BA=I_n. Alors B=A−1B=A^{-1} est unique.

AA est inversible ⇔det⁡(A)≠0⇔rang(A)=n\Leftrightarrow \det(A)\neq0 \Leftrightarrow \text{rang}(A)=n.

4. Matrices par blocs

On peut découper une matrice en blocs et effectuer les opérations bloc par bloc (en respectant les compatibilités de tailles).

5. Trace

tr(A)=∑i=1naii\text{tr}(A) = \sum_{i=1}^n a_{ii}. Propriétés : tr(A+B)=tr(A)+tr(B)\text{tr}(A+B)=\text{tr}(A)+\text{tr}(B), tr(AB)=tr(BA)\text{tr}(AB)=\text{tr}(BA), tr(AT)=tr(A)\text{tr}(A^T)=\text{tr}(A).

Exercices

Calculer ABAB avec A=(1234)A=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix} et B=(1001)B=\begin{pmatrix}1&0\\0&1\end{pmatrix}.

Vrai ou faux : Le produit de matrices est commutatif.

Quelle est la trace de A=(3102−14005)A=\begin{pmatrix}3&1&0\\2&-1&4\\0&0&5\end{pmatrix} ?

Vrai ou faux : (A+B)2=A2+2AB+B2(A+B)^2 = A^2+2AB+B^2.

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