📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
1. Définition et Dimension Une matrice $A$ de dimension $n \times p$ est un tableau de nombres organisé en $n$ lignes et $p$ colonnes. Exemple : $A = \begin{pmatrix} a_{11} & a_{12} \ a_{21} & a_{22} \end{pmatrix}$ est une matrice de dimension $2 \times 2$.
2. Opérations de base
- Addition : On additionne les éléments qui ont la même position. Les matrices doivent avoir la même dimension.
- Multiplication par un scalaire ($\lambda$) : On multiplie chaque élément de la matrice par $\lambda$.
- Produit de deux matrices : Soit $A(n \times p)$ et $B(p \times q)$. Le produit $C = A \times B$ existe si le nombre de colonnes de $A$ est égal au nombre de lignes de $B$. La dimension de $C$ sera $n \times q$. Règle : L'élément $c_{ij}$ est la somme des produits de la ligne $i$ de $A$ par la colonne $j$ de $B$.
3. Matrice Identité et Inverse
- Matrice Identité ($I_n$) : Matrice carrée avec des $1$ sur la diagonale principale et des $0$ ailleurs. $A \times I = I \times A = A$.
- Déterminant (pour une $2 \times 2$) : Si $A = \begin{pmatrix} a & b \ c & d \end{pmatrix}$, alors $\det(A) = ad - bc$.
- Matrice Inverse ($A^{-1}$) : Une matrice $A$ est inversible si et seulement si $\det(A) \neq 0$. Pour $A = \begin{pmatrix} a & b \ c & d \end{pmatrix}$, on a $A^{-1} = \frac{1}{ad-bc} \begin{pmatrix} d & -b \ -c & a \end{pmatrix}$.
Méthodes à maîtriser
- Calculer un produit $A \times B$ : Utiliser la méthode "ligne par colonne".
- Vérifier l'inversibilité : Calculer d'abord le déterminant. Si $\det(A) = 0$, on s'arrête, elle n'est pas inversible.
- Résoudre un système $AX = B$ : Si $A$ est inversible, alors $X = A^{-1} \times B$.
Exemples corrigés
Exemple 1 : Produit de matrices Soit $A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \ 3 & 4 \end{pmatrix}$ et $B = \begin{pmatrix} 5 \ 6 \end{pmatrix}$. Calculer $A \times B$. Corrigé : $A \times B = \begin{pmatrix} (1 \times 5) + (2 \times 6) \ (3 \times 5) + (4 \times 6) \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5 + 12 \ 15 + 24 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 17 \ 39 \end{pmatrix}$.
Exemple 2 : Calcul de l'inverse Soit $A = \begin{pmatrix} 2 & 1 \ 5 & 3 \end{pmatrix}$. Calculer $A^{-1}$. Corrigé :
- $\det(A) = (2 \times 3) - (1 \times 5) = 6 - 5 = 1$.
- Comme $\det(A) \neq 0$, $A$ est inversible.
- $A^{-1} = \frac{1}{1} \begin{pmatrix} 3 & -1 \ -5 & 2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 3 & -1 \ -5 & 2 \end{pmatrix}$.
Erreurs fréquentes
- Confondre l'ordre du produit : $A \times B$ n'est généralement pas égal à $B \times A$.
- Erreur de dimension : Vouloir multiplier deux matrices qui n'ont pas le bon nombre de colonnes/lignes compatibles.
- Oublier le déterminant : Essayer de calculer l'inverse d'une matrice dont le déterminant est nul.
- Erreur de signe : Dans la formule de l'inverse $2 \times 2$, oublier de changer les signes de $b$ et $c$.