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Programme de mathématiques BCPST, première année · semestre 1

Algèbre linéaire 2 – Matrices

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Texte officiel du programme

Le but de ce chapitre est de mettre en place le calcul sur les matrices avec ses analogies et différences vis-à-vis du calcul sur les nombres réels et complexes. La mise en pratique de ce calcul peut nécessiter l’usage de l’ordinateur.

On travaille sur $\mathbb{K} = \mathbb{R}$ le plus souvent en pratique, occasionnellement sur $\mathbb{K} = \mathbb{C}$.

On ne confondra pas matrices (ou vecteurs) lignes et matrices (ou vecteurs) colonnes.

ContenusCapacités et commentaires
Matrices : définition, vocabulaire. Matrice nulle.
Matrices carrées, matrices lignes, colonnes.
Matrices triangulaires, diagonales. Matrice identité.
Opérations sur les matrices : somme, produit par un scalaire, produit matriciel. Formule du binôme quand les deux matrices commutent.
Propriétés de ces opérations.
Produit de matrices diagonales.
Transposée d’une matrice $M$, notée $M^T$.
Transposée d’une somme, d’un produit de matrices.
Matrices carrées symétriques.
Écriture matricielle d’un système linéaire.
Rang d’une matrice.
On adapte la méthode du pivot qui devient un algorithme opérant sur les lignes ou les colonnes d’une matrice. Le rang d’une matrice est alors défini comme le nombre de pivots. On admet que le rang d’une matrice et de sa transposée sont les mêmes.
On pourra proposer, dès que le cours sur les espaces vectoriels aura été traité, des caractérisations du rang d’une matrice permettant d’éviter le recours systématique à la méthode du pivot de Gauss pour déterminer le rang dans la pratique.
Matrices carrées inversibles, matrice inverse, inverse d’un produit, inverse de la transposée d’une matrice carrée inversible.
Recherche pratique de l’inverse d’une matrice.
L’inversion peut se ramener à la résolution de systèmes linéaires. La description d’un algorithme d’inversion de matrices n’est pas un attendu du programme.
Déterminant des matrices $2 \times 2$ et caractérisation des matrices $2 \times 2$ inversibles.
Seul le déterminant des matrices $2 \times 2$ est introduit et les formules de Cramer, même dans le cas $2 \times 2$, ne sont pas exigibles.
Expression matricielle formelle, $X = A^{-1}Y$, de la solution d’un système linéaire $AX = Y$ lorsque la matrice carrée $A$ qui lui est associée est inversible.
L3 Equation différentielle Autre

exo7 6358

On considère l’équation différentielle linéaire sur \(\Rr^n\) ...

L3 Equation différentielle Autre

exo7 6363

Soit \(A\in {\cal L}(\Rr^n)\) et \(0<\rho=\sup\{|\lambda|;\ \lambda\) valeur p ...

L3 Equation différentielle Autre

exo7 6364

On considère \(A\) la matrice ...

L3 Algèbre et géométrie Isométrie euclidienne

exo7 6388

Déterminer la nature des applications suivantes : \(\Rr^2 \rightarrow \Rr^2\), ...

L3 Algèbre et théorie des nombres Groupe

exo7 6438

Soit l’ensemble \(E=\Z \times \Z\) muni de l’opération binaire ...

L3 Algèbre et théorie des nombres Groupe fini

exo7 6498

Soit \(\C\) muni des opérations binaires

...

L1 Algèbre Matrice solution

exo7 6872

Calculer (s’il existe) l’inverse des matrices : ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 6885

Calculer les déterminants des matrices suivantes : ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 6886

Calculer les déterminants des matrices suivantes :

...

L2 Algèbre Groupe, anneau, corps solution

exo7 7365

Calculer les produits de matrices \(ADA^{-1}\) et \(BDB^{-1}\) dans ...

L1 Algèbre Matrice solution

exo7 7411

Soit \(f : \Rr^3 \rightarrow \Rr^3\) l’application linéaire définie par ...

L2 Géométrie Géométrie affine dans le plan et dans l'espace

exo7 7494

Dans l’espace affine \(E\) réel, muni d’un repère cartésien ...

L2 Géométrie Géométrie affine euclidienne solution

exo7 7508

Soit \(\R^2\) le plan affine euclidien muni du produit scalaire standard et de la base canonique.

L3 Analyse complexe Autre solution

exo7 7608

On rappelle qu’à toute matrice \(A=\begin{pmatrix} a&b\\c&d\end{pmatrix}\) de ...

L3 Analyse complexe Autre solution

exo7 7613

On rappelle qu’à toute matrice \(A=\begin{pmatrix} a&b\\c&d\end{pmatrix}\) de ...

L3 Algèbre et géométrie Groupe orthogonal et quaternions

exo7 7801

Montrer sans calcul que la matrice suivante \(A\) à coefficients complexes est inversible ...

L3 Algèbre et géométrie Groupe orthogonal et quaternions

exo7 7809

On considère la forme symplectique sur \(\Rr^{2n}\) donnée par ...

L3 Algèbre et théorie des nombres Forme bilinéaire

exo7 7811

On considère dans \(\C ^4\) la matrice ...

L3 Algèbre et géométrie Groupe orthogonal et quaternions

exo7 7894

Déterminer la nature de l’espace vectoriel \(V\) des matrices anti-hermitiennes (i. e. ...

L3 Algèbre et géométrie Groupe orthogonal et quaternions

exo7 7901

Déterminer dans \(M(2,\Rr)\) une matrice \(I\) telle que ...

L1 Algèbre Matrice solution

Inverse de matrice

Soient les matrices ...

L1 Algèbre Matrice solution

Inverse de matrice et application

Soient les matrices ...

L1 Algèbre Matrice solution

Inversibilité de matrices

Soit la matrice ...

L1 Algèbre Matrice solution

Inversibilité de matrices

On considère les matrices: ...

L1 Algèbre Matrice solution

Inversiblité de matrice

VRAI-FAUX - Soit \(A\) une matrice carrée. Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont vraies, lesquelles so ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme

Matrice dépendant d'un paramètre

On considère la matrice

...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme solution

Matrice dépendant d'un paramètre

On considère la matrice \[A_\alpha= \begin{pmatrix} \alpha & 1\\ 0 & 2 \end{pmatrix}.\]

L1 Algèbre Matrice solution

Matrices de permutation et signature

Une matrice de permutation est une matrice carrée qui contient exactement un \(1\) par ligne et un ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

Matrices inversibles

Les matrices suivantes sont-elles inversibles? Dans l’affirmative, déterminer la matrice inverse. ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

Matrices inversibles

Dire si les matrices suivantes sont inversibles. Si oui, donner leur inverse :

...

L1 Algèbre Matrice solution

Matrices, déterminants et inversion

Un système de communication encode des messages en transformant des vecteurs \(V \in \mathbb{R}^3\) en vecteurs co ...

L1 Algèbre Matrice solution

Modélisation et matrices

Voici les ventes d’une buvette lors d’un festival de musique, ainsi que les prix pratiqués en euros:

...
L1 Algèbre Matrice solution

Produit matriciel

Soient les matrices \(A=\begin{pmatrix}0 & 0 \\ 0 & 1\end{pmatrix}\) et ...

L1 Algèbre Matrice solution

Produit matriciel

On considère la matrice \(A=\begin{pmatrix}1 & 2 & 1 & 3 \\ 1 & 0 & 2 & 1\end{pmatrix}\). ...

L1 Algèbre Matrice solution

Produit matriciel

On considère les matrices suivantes: ...

L1 Algèbre Matrice solution

Produit matriciel et inverse

Soient \(A=\begin{pmatrix}a & 0 & 0 \\ 0 & b & 0 \\ 0 & 0 & c\end{pmatrix}\) et ...

L1 Algèbre Matrice

Puissance d'une matrice à paramètres

Soit la matrice de ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme solution

Racine carrée d'une matrice

On considère la matrice \[A= \begin{pmatrix} 4 & 0\\ 0 & 9 \end{pmatrix}.\]

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

Résolution d'un système linéaire

Soit la matrice ...

L1 Algèbre Matrice solution

Résolution d'équation matricielle

Soient \(A\) et \(B\) deux matrices définies par ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

Système linéaire avec paramètre et déterminant

Considérer le système suivant dépendant d’un paramètre réel \(m\) :

...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

Système linéaire paramétré

Soit \(\lambda \in \mathbb{R}\). On considère le système linéaire : ...

L1 Algèbre Matrice solution

Trace de matrices

On rappelle que si \(A=\left(a_{i j}\right)_{\substack{1 \leq i \leq n \\ 1 \leq j \leq n}}\), alors la trace de ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme solution

Triangularisation et décomposition nilpotente

Soit \(A\) la matrice ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme

Étude d'une application linéaire

On considère l’application linéaire \(f:\mathbb{R}^3\rightarrow\mathbb{R}^3\) définie par

...

L1 Algèbre Matrice solution

Étude d'une matrice à paramètres

Soit la matrice ...