Déterminant et systèmes linéaires

Comment calculer un déterminant 3×33\times 3 à l'aide de la règle de Sarrus - Exercice 1

10 min
15
Question 1

A l'aide de la règle de Sarrus, calculer le déterminant de la matrice A=(201132430)A=\left( \begin{array}{ccc}2 & 0 & 1 \\ -1 & 3 & 2 \\ 4 & 3 & 0 \end{array}\right) .

Correction
    Règle de Sarrus
  • On veut calculer le déterminant Δ=a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3a3,1a3,2a3,3\Delta=\left| \begin{array}{ccc}a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} \\ a_{2,1} & a_{2,2} & a_{2,3} \\ a_{3,1} & a_{3,2} & a_{3,3} \end{array}\right|
    On réécrit sous la troisième ligne du déterminant la première ligne puis la seconde.
    a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3a3,1a3,2a3,3\left| \begin{array}{ccc}{\color{blue}{a_{1,1}}} & a_{1,2} & \pink{a_{1,3}} \\ {\color{red}{a_{2,1}}} & {\color{blue}{a_{2,2}}} &{{\color{brown}{a_{2,3}}}} \\ {\color{green}{a_{3,1}}} & {\color{red}{a_{3,2}}} & {\color{blue}{a_{3,3}}} \end{array}\right|
    a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3 \begin{array}{ccc}{{\color{brown}{a_{1,1}}}} & {\color{green}{a_{1,2}}} & {\color{red}{a_{1,3}}} \\ {{\color{orange}{a_{2,1}}}} & a_{2,2} & {\color{green}{a_{2,3}}} \end{array}
    On effectue ensuite la somme des 33 produits descendantes puis la différence des 33 produits des diagonales ascendantes. On a donc :
    Δ=a1,1×a2,2×a3,3+a2,1×a3,2×a1,3+a3,1×a1,2×a2,3a1,3×a2,2×a3,1a2,3×a3,2×a1,1a3,3×a1,2×a2,1\Delta={\color{blue}{a_{1,1}}}\times{\color{blue}{a_{2,2}}}\times{\color{blue}{a_{3,3}}}+{\color{red}{a_{2,1}}}\times{\color{red}{a_{3,2}}}\times{\color{red}{a_{1,3}}}+{\color{green}{a_{3,1}}}\times{\color{green}{a_{1,2}}}\times{\color{green}{a_{2,3}}}-\pink{a_{1,3}}\times{\color{blue}{a_{2,2}}}\times{\color{green}{a_{3,1}}}-{{\color{brown}{a_{2,3}}}}\times{\color{red}{a_{3,2}}}\times{{\color{brown}{a_{1,1}}}}-{\color{blue}{a_{3,3}}}\times{\color{green}{a_{1,2}}}\times{{\color{orange}{a_{2,1}}}}

  • Soit :
    det(A)=201132430\det\left( A\right)=\left| \begin{array}{ccc}2 & 0 & 1 \\ -1 & 3 & 2 \\ 4 & 3 & 0 \end{array}\right|
    On réécrit sous la troisième ligne du déterminant la première ligne puis la seconde.
    201132430 \begin{array}{ccc}{\color{blue}{2}} &0 & \pink{1} \\ {\color{red}{-1}} & {\color{blue}{3}} &{{\color{brown}{2}}} \\ {\color{green}{4}} & {\color{red}{3}} & {\color{blue}{0}} \end{array}
    201132 \begin{array}{ccc}{{\color{brown}{2}}} & {\color{green}{0}} & {\color{red}{1}} \\ {{\color{orange}{-1}}} & 3 & {\color{green}{2}} \end{array}
    On effectue ensuite la somme des 33 produits descendantes puis la différence des 33 produits des diagonales ascendantes. On a donc :
    Δ=2×3×0+(1)×3×1+4×0×21×3×42×3×20×0×(1)\Delta={\color{blue}{2}}\times{\color{blue}{3}}\times{\color{blue}{0}}+{\color{red}{\left(-1\right)}}\times{\color{red}{3}}\times{\color{red}{1}}+{\color{green}{4}}\times{\color{green}{0}}\times{\color{green}{2}}-\pink{1}\times{\color{blue}{3}}\times{\color{green}{4}}-{{\color{brown}{2}}}\times{\color{red}{3}}\times{{\color{brown}{2}}}-{\color{blue}{0}}\times{\color{green}{0}}\times{{\color{orange}{\left(-1\right)}}}
    Δ=03+01212+0\Delta=0-3+0-12-12+0
    Ainsi :
    Δ=27\Delta=-27
    Question 2

    A l'aide de la règle de Sarrus, calculer le déterminant de la matrice B=(320215204)B=\left( \begin{array}{ccc}3 & -2 & 0 \\ 2 & 1 & 5 \\ -2 & 0 & 4 \end{array}\right) .

    Correction
      Règle de Sarrus
  • On veut calculer le déterminantΔ=a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3a3,1a3,2a3,3\Delta=\left| \begin{array}{ccc}a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} \\ a_{2,1} & a_{2,2} & a_{2,3} \\ a_{3,1} & a_{3,2} & a_{3,3} \end{array}\right|
    On réécrit sous la troisième ligne du déterminant la première ligne puis la seconde.
    a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3a3,1a3,2a3,3\left| \begin{array}{ccc}{\color{blue}{a_{1,1}}} & a_{1,2} & \pink{a_{1,3}} \\ {\color{red}{a_{2,1}}} & {\color{blue}{a_{2,2}}} &{{\color{brown}{a_{2,3}}}} \\ {\color{green}{a_{3,1}}} & {\color{red}{a_{3,2}}} & {\color{blue}{a_{3,3}}} \end{array}\right|
    a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3 \begin{array}{ccc}{{\color{brown}{a_{1,1}}}} & {\color{green}{a_{1,2}}} & {\color{red}{a_{1,3}}} \\ {{\color{orange}{a_{2,1}}}} & a_{2,2} & {\color{green}{a_{2,3}}} \end{array}
    On effectue ensuite la somme des 33 produits descendantes puis la différence des 33 produits des diagonales ascendantes. On a donc :
    Δ=a1,1×a2,2×a3,3+a2,1×a3,2×a1,3+a3,1×a1,2×a2,3a1,3×a2,2×a3,1a2,3×a3,2×a1,1a3,3×a1,2×a2,1\Delta={\color{blue}{a_{1,1}}}\times{\color{blue}{a_{2,2}}}\times{\color{blue}{a_{3,3}}}+{\color{red}{a_{2,1}}}\times{\color{red}{a_{3,2}}}\times{\color{red}{a_{1,3}}}+{\color{green}{a_{3,1}}}\times{\color{green}{a_{1,2}}}\times{\color{green}{a_{2,3}}}-\pink{a_{1,3}}\times{\color{blue}{a_{2,2}}}\times{\color{green}{a_{3,1}}}-{{\color{brown}{a_{2,3}}}}\times{\color{red}{a_{3,2}}}\times{{\color{brown}{a_{1,1}}}}-{\color{blue}{a_{3,3}}}\times{\color{green}{a_{1,2}}}\times{{\color{orange}{a_{2,1}}}}

  • Soit :
    det(B)=320215204\det\left( B\right)=\left| \begin{array}{ccc}3 & -2 & 0 \\ 2 & 1 & 5 \\ -2 & 0 & 4 \end{array}\right|
    On réécrit sous la troisième ligne du déterminant la première ligne puis la seconde.
    320212204 \begin{array}{ccc}{\color{blue}{3}} &-2 & \pink{0} \\ {\color{red}{2}} & {\color{blue}{1}} &{{\color{brown}{2}}} \\ {\color{green}{-2}} & {\color{red}{0}} & {\color{blue}{4}} \end{array}
    320215 \begin{array}{ccc}{{\color{brown}{3}}} & {\color{green}{-2}} & {\color{red}{0}} \\ {{\color{orange}{2}}} & 1 & {\color{green}{5}} \end{array}
    On effectue ensuite la somme des 33 produits descendantes puis la différence des 33 produits des diagonales ascendantes. On a donc :
    Δ=3×1×4+2×0×0+(2)×(2)×50×1×(2)2×0×34×(2)×2\Delta={\color{blue}{3}}\times{\color{blue}{1}}\times{\color{blue}{4}}+{\color{red}{2}}\times{\color{red}{0}}\times{\color{red}{0}}+{\color{green}{\left(-2\right)}}\times{\color{green}{\left(-2\right)}}\times{\color{green}{5}}-\pink{0}\times{\color{blue}{1}}\times{\color{green}{\left(-2\right)}}-{{\color{brown}{2}}}\times{\color{red}{0}}\times{{\color{brown}{3}}}-{\color{blue}{4}}\times{\color{green}{\left(-2\right)}}\times{{\color{orange}{2}}}
    Δ=12+0+2000+16\Delta=12+0+20-0-0+16
    Ainsi :
    Δ=48\Delta=48

    Question 3

    Soit mm un réel.
    A l'aide de la règle de Sarrus, calculer le déterminant de la matrice C=(m0212m1m10)C=\left( \begin{array}{ccc}m & 0 & 2 \\ 1 & 2m & -1 \\ -m & 1 & 0 \end{array}\right) .

    Correction
      Règle de Sarrus
  • On veut calculer le déterminantΔ=a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3a3,1a3,2a3,3\Delta=\left| \begin{array}{ccc}a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} \\ a_{2,1} & a_{2,2} & a_{2,3} \\ a_{3,1} & a_{3,2} & a_{3,3} \end{array}\right|
    On réécrit sous la troisième ligne du déterminant la première ligne puis la seconde.
    a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3a3,1a3,2a3,3\left| \begin{array}{ccc}{\color{blue}{a_{1,1}}} & a_{1,2} & \pink{a_{1,3}} \\ {\color{red}{a_{2,1}}} & {\color{blue}{a_{2,2}}} &{{\color{brown}{a_{2,3}}}} \\ {\color{green}{a_{3,1}}} & {\color{red}{a_{3,2}}} & {\color{blue}{a_{3,3}}} \end{array}\right|
    a1,1a1,2a1,3a2,1a2,2a2,3 \begin{array}{ccc}{{\color{brown}{a_{1,1}}}} & {\color{green}{a_{1,2}}} & {\color{red}{a_{1,3}}} \\ {{\color{orange}{a_{2,1}}}} & a_{2,2} & {\color{green}{a_{2,3}}} \end{array}
    On effectue ensuite la somme des 33 produits descendantes puis la différence des 33 produits des diagonales ascendantes. On a donc :
    Δ=a1,1×a2,2×a3,3+a2,1×a3,2×a1,3+a3,1×a1,2×a2,3a1,3×a2,2×a3,1a2,3×a3,2×a1,1a3,3×a1,2×a2,1\Delta={\color{blue}{a_{1,1}}}\times{\color{blue}{a_{2,2}}}\times{\color{blue}{a_{3,3}}}+{\color{red}{a_{2,1}}}\times{\color{red}{a_{3,2}}}\times{\color{red}{a_{1,3}}}+{\color{green}{a_{3,1}}}\times{\color{green}{a_{1,2}}}\times{\color{green}{a_{2,3}}}-\pink{a_{1,3}}\times{\color{blue}{a_{2,2}}}\times{\color{green}{a_{3,1}}}-{{\color{brown}{a_{2,3}}}}\times{\color{red}{a_{3,2}}}\times{{\color{brown}{a_{1,1}}}}-{\color{blue}{a_{3,3}}}\times{\color{green}{a_{1,2}}}\times{{\color{orange}{a_{2,1}}}}

  • Soit :
    det(C)=m0212m1m10\det\left(C\right)=\left| \begin{array}{ccc}m & 0 & 2 \\ 1 & 2m & -1 \\ -m & 1 & 0 \end{array}\right|
    On réécrit sous la troisième ligne du déterminant la première ligne puis la seconde.
    m0212m1m10 \begin{array}{ccc}{\color{blue}{m}} &0 & \pink{2} \\ {\color{red}{1}} & {\color{blue}{2m}} &{{\color{brown}{-1}}} \\ {\color{green}{-m}} & {\color{red}{1}} & {\color{blue}{0}} \end{array}
    m0212m1 \begin{array}{ccc}{{\color{brown}{m}}} & {\color{green}{0}} & {\color{red}{2}} \\ {{\color{orange}{1}}} & 2m & {\color{green}{-1}} \end{array}
    On effectue ensuite la somme des 33 produits descendantes puis la différence des 33 produits des diagonales ascendantes. On a donc :
    Δ=m×2m×0+1×1×2+(m)×0×(1)2×2m×(m)(1)×1×m0×(0)×1\Delta={\color{blue}{m}}\times{\color{blue}{2m}}\times{\color{blue}{0}}+{\color{red}{1}}\times{\color{red}{1}}\times{\color{red}{2}}+{\color{green}{\left(-m\right)}}\times{\color{green}{0}}\times{\color{green}{\left(-1\right)}}-\pink{2}\times{\color{blue}{2m}}\times{\color{green}{\left(-m\right)}}-{{\color{brown}{\left(-1\right)}}}\times{\color{red}{1}}\times{{\color{brown}{m}}}-{\color{blue}{0}}\times{\color{green}{\left(0\right)}}\times{{\color{orange}{1}}}
    Δ=0+2+0+4m2+m0\Delta=0+2+0+4m^2+m-0
    Ainsi :
    Δ=4m2+m+2\Delta=4m^2+m+2