Calcul matriciel

Opérations élémentaires sur les matrices : somme, produit, transposée - Exercice 2

15 min
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Soient AM2(R)A \in \mathscr{M}_2 \left(\mathbb{R}\right) ; BM2,3(R)B \in \mathscr{M}_{2,3} \left(\mathbb{R}\right) et CM2,3(R)C \in \mathscr{M}_{2,3} \left(\mathbb{R}\right) définies par : A=(0211)A=\left(\begin{array}{cc} {0} & {2} \\ {-1} & {1} \end{array}\right) ; B=(102102)B=\left(\begin{array}{ccc} {-1} & {0} & {-2} \\ {1} & {0} & {-2} \end{array}\right) et C=(021314)C=\left(\begin{array}{ccc} {0} & {-2} & {1} \\ {-3} & {1} & {4} \end{array}\right)
Si elles ont un sens, calculer les matrices.
Question 1

ABAB

Correction
  • Le produit matriciel A×BA\times B n'est possible que si le nombre de colonnes de AA est égale au nombre de lignes de BB.
  • AA est une matrice à 22 lignes et 22 colonnes. On dit que AA est une matrice carrée d'ordre 22.
    BB est une matrice à 22 lignes et 33 colonnes.
    Le nombre de colonnes de AA est égale au nombre de lignes de BB. On peut donc calculer A×BA\times B.
  • Chaque coefficient de la matrice est alors la somme des produits des coefficients de la ligne par ceux de la colonne correspondante.
  • Soient A=(0211)A=\left(\begin{array}{cc} {\red{0}} & {\red{2}} \\ {\blue{-1}} & {\blue{1}} \end{array}\right) et B=(102102)B=\left(\begin{array}{cc} {\pink{-1}} & {\purple{0}} & {\green{-2}}\\ {\pink{1}} & {\purple{0}}& {\green{-2}} \end{array}\right)
    Il vient alors que :
    A×B=(0211)(0×(1)+2×10×0+2×00×(2)+2×(2)(1)×(1)+1×1(1)×0+1×0(1)×(2)+1×(2))(102102)A\times B=\left(\begin{array}{cc} {\red{0}} & {\red{2}} \\ {\blue{-1}} & {\blue{1}} \end{array}\right)\mathop{\left(\begin{array}{cc} {\red{0}\times \left(\pink{-1}\right)+\red{2}\times \pink{1}} & {\red{0}\times \purple{0}+\red{2}\times \purple{0}} & {\red{0}\times \left(\green{-2}\right)+\red{2}\times \left(\green{-2}\right)} \\ {\left(\blue{-1}\right)\times \left(\pink{-1}\right)+\blue{1}\times \pink{1}} & {\left(\blue{-1}\right)\times \purple{0}+\blue{1}\times \purple{0}} & {\left(\blue{-1}\right)\times \left(\green{-2}\right)+\blue{1}\times \left(\green{-2}\right)}\end{array}\right)}\limits^{\left(\begin{array}{cc} {\pink{-1}} & {\purple{0}} & {\green{-2}}\\ {\pink{1}} & {\purple{0}}& {\green{-2}} \end{array}\right)}
    A×B=(0211)(204200)(102102)A\times B=\left(\begin{array}{cc} {\red{0}} & {\red{2}} \\ {\blue{-1}} & {\blue{1}} \end{array}\right)\mathop{\left(\begin{array}{cc} {2} & {0} & {-4}\\ {2} & {0} & {0} \end{array}\right)}\limits^{\left(\begin{array}{cc} {\pink{-1}} & {\purple{0}} & {\green{-2}}\\ {\pink{1}} & {\purple{0}}& {\green{-2}} \end{array}\right)}
    Finalement :
    A×B=(204200)A\times B=\left(\begin{array}{cc} {2} & {0} & {-4}\\ {2} & {0} & {0} \end{array}\right)
    Question 2

    BABA

    Correction
  • Le produit matriciel A×BA\times B n'est possible que si le nombre de colonnes de AA est égale au nombre de lignes de BB.
  • BB est une matrice à 22 lignes et 33 colonnes.
    AA est une matrice à 22 lignes et 22 colonnes.
    Le nombre de colonnes de BB n’est pas eˊgale\red{\text{n'est pas égale}} au nombre de lignes de CC. On ne peut donc pas\red{\text{ne peut donc pas}} calculer B×AB\times A.
    Question 3

    A+BA+B

    Correction
  • L'addition de deux matrices n'est possible que si les matrices AA et BB ont le meˆme format\red{\text{même format}} . Autrement dit, si les matrices AA et BB ont le même nombre de lignes et de colonnes .
  • AA est une matrice à 22 lignes et 22 colonnes. On dit que AA est une matrice carrée d'ordre 22 .
    BB est une matrice à 22 lignes et 33 colonnes.
    Les matrices AA et BB ne sont pas du meˆme format\red{\text{même format}} .
    On ne peut donc pas calculer A+BA+B .
    Question 4

    B+CB+C

    Correction
    B+C=(102102)+(021314)B+C=\left(\begin{array}{ccc} {-1} & {0} & {-2} \\ {1} & {0} & {-2} \end{array}\right)+\left(\begin{array}{ccc} {0} & {-2} & {1} \\ {-3} & {1} & {4} \end{array}\right)
    B+C=(1+00+(2)2+11+(3)0+12+4)B+C=\left(\begin{array}{ccc} {-1+0} & {0+\left(-2\right)} & {-2+1} \\ {1+\left(-3\right)} & {0+1} & {-2+4} \end{array}\right)
    Ainsi :
    B+C=(121212)B+C=\left(\begin{array}{ccc} {-1} & {-2} & {-1} \\ {-2} & {1} & {2} \end{array}\right)
    Question 5

     tA~^tA ++  tB~^tB

    Correction
    Nous savons que : A=(0211)A=\left(\begin{array}{cc} {0} & {2} \\ {-1} & {1} \end{array}\right) et B=(102102)B=\left(\begin{array}{ccc} {-1} & {0} & {-2} \\ {1} & {0} & {-2} \end{array}\right) .
      Définition de la transposée
  • La transposée d’une matrice AA de Mn,p(K)\mathscr{M}_{n,p} \left(\mathbb{K}\right) est la matrice notée  tA~^tA de Mp,n(K)\mathscr{M}_{p,n} \left(\mathbb{K}\right) telle que la iième colonne de  tA~^tA correspond à la iième ligne de AA .
  • Il vient alors que  tA=(0121)~^tA=\left(\begin{array}{cc} {0} & {-1} \\ {2} & {1} \end{array}\right) et  tB=(110022)~^tB=\left(\begin{array}{cc} {-1} & {1} \\ {0} & {0} \\ {-2} & {-2}\end{array}\right) .
  • L'addition de deux matrices n'est possible que si les matrices AA et BB ont le meˆme format\red{\text{même format}} . Autrement dit, si les matrices AA et BB ont le même nombre de lignes et de colonnes .
  •  tA~^tA est une matrice à 22 lignes et 22 colonnes.
     tB~^tB est une matrice à 33 lignes et 22 colonnes.
    Les matrices AA et BB ne sont pas du meˆme format\red{\text{même format}} .
    On ne peut donc pas calculer A+BA+B .
    Question 6

    BCBC

    Correction
  • Le produit matriciel A×BA\times B n'est possible que si le nombre de colonnes de AA est égale au nombre de lignes de BB.
  • BB est une matrice à 22 lignes et 33 colonnes.
    CC est une matrice à 22 lignes et 33 colonnes.
    Le nombre de colonnes de BB n’est pas eˊgale\red{\text{n'est pas égale}} au nombre de lignes de CC. On ne peut donc pas\red{\text{ne peut donc pas}} calculer B×CB\times C.