Déterminant et systèmes linéaires

Matrices inversibles - Exercice 3

10 min
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Soient aa et bb deux nombres réels.
On pose A=(cos(a)sin(a)sin(a)cos(a))A = \begin{pmatrix} \cos(a) & -\sin(a) \\ \sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix} et B=(cos(b)sin(b)sin(b)cos(b))B = \begin{pmatrix} \cos(b) & -\sin(b) \\ \sin(b) & \cos(b) \end{pmatrix}
Question 1

Démontrer que la matrice AA est inversible.

Correction
Calculons le déterminant de la matrice AA. On a alors :
detA=cos(a)sin(a)sin(a)cos(a)=cos(a)cos(a)sin(a)(sin(a))=cos2(a)+sin2(a)\det A = \begin{vmatrix} \cos(a) & -\sin(a) \\ \sin(a) & \cos(a) \end{vmatrix} = \cos(a)\cos(a) - \sin(a)\big( -\sin(a) \big) = \cos^2(a) + \sin^2(a)
En faisant usage de la relation fondamentale de la géométrie, on trouve finalement que :
detA=1\det A = 1
On constate alors que detA0\det A \neq 0 ce qui implique bien que la matrice AA est inversible.
Question 2

Déterminer l'expression de la matrice A1A^{-1}.

Correction
D'après les éléments de rappels de cours, on sait que :
(abcd)1=1adbc(dbca)\begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}^{-1} = \dfrac{1}{ad - bc} \begin{pmatrix} d & -b \\ -c & a \end{pmatrix}
Dans notre cas, on constate que :
1adbc=1cos(a)cos(a)sin(a)(sin(a))=1cos2(a)+sin2(a)=11=1\dfrac{1}{ad - bc} = \dfrac{1}{\cos(a)\cos(a) - \sin(a)\big( -\sin(a) \big)} = \dfrac{1}{\cos^2(a) + \sin^2(a)} = \dfrac{1}{1} =1
Ainsi, on trouve facilement que :
(cos(a)sin(a)sin(a)cos(a))1=1×(cos(a)(sin(a))sin(a)cos(a))\begin{pmatrix} \cos(a) & -\sin(a) \\ \sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix}^{-1} = 1 \times \begin{pmatrix} \cos(a) & -\big(-\sin(a)\big) \\ -\sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix}
Finalement :
(cos(a)sin(a)sin(a)cos(a))1=(cos(a)sin(a)sin(a)cos(a))\begin{pmatrix} \cos(a) & -\sin(a) \\ \sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix}^{-1} = \begin{pmatrix} \cos(a) & \sin(a) \\ -\sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix}