On considère les quatre nombres réels a, b, c et m. On désigne par (S) le système linéaire, dont les inconnues sont les réels x, y et z, suivant : ⎩⎨⎧x−y+2zmx+my−2zx−my+2z===abc
Question 1
Discuter et résoudre le système linéaire (S).
Correction
Ecrivons le système linéaire (S) sous la forme matricielle suivante : ⎝⎛1m1−1m−m2−22⎠⎞×⎝⎛xyz⎠⎞=⎝⎛abc⎠⎞⟺A×X=B Le déterminant de la matrice A s'exprime comme : detA=det⎝⎛1m1−1m−m2−22⎠⎞ Effectuons les deux substitutions suivantes : L2⟵L2+L1 et L3⟵L3−L1. On obtient alors : detA=det⎝⎛1m+10−1m−1−m+1200⎠⎞=(−1)1+3×2×det(m+10m−1−(m−1))=1×2×(m+1)×(−(m−1)) Finalement : detA=−2(m+1)(m−1)=−2(m2−1)=2(1−m2) On constate alors que : detA=0⟺m=±1 ∙Premiercas:detA=0 Cette situation signifie que m=1 et m=−1. Dans ce cas le système linéaire (S) est de Cramer. On a alors : x=detAdetdet⎝⎛abc−1m−m2−22⎠⎞=−2(m+1)(m−1)−2(b+c)(m−1)=m+1b+c Puis : y=detAdet⎝⎛1m1abc2−22⎠⎞=−2(m+1)(m−1)−2(m+1)(a−c)=m−1a−c Enfin : z=detAdet⎝⎛1m1−1m−mabc⎠⎞=−2(m+1)(m−1)b(m−1)−m(am+a−2c)=2(1−m2)−am2+(−a+b+2c)m−b En conclusion sur cette situation : ■Sim=±1alorslasolutiondusysteˋmelineˊaire(S)estdonneˊepar: x=m+1b+c;y=m−1a−c;z=2(1−m2)−am2+(−a+b+2c)m−b ∙∙Deuxieˋmecas:detA=0carm=1 Nous allons traiter cette situation par l'écriture pratique de la "matrice augmentée". On a alors, lorsque m=1 le système suivant : ⎩⎨⎧x−y+2zx+y−2zx−y+2z===abc⟺(A1∣B)=⎝⎛111−11−12−22abc⎠⎞ Effectuons les deux substitutions suivantes : L2⟵L2−L1 et L3⟵L3−L1. On obtient alors : (A1∣B)=⎝⎛100−1202−40ab−ac−a⎠⎞ La dernière ligne se traduit par 0x+0y+0z=c−a soit a=c. Donc on a le système suivant : {x−y+2z2y−4z==ab−a⟺{2x−2y+4z2y−4z==2ab−a La somme de ces deux lignes nous donne immédiatement 2x=a+b soit x=2a+b. Puis, on en déduit que : x−y+2z=a⟺x−a+2z=y⟺2a+b−a+2z=y⟺2a+b−22a+2z=y Soit y=2b−a+2z. ■■Sim=1alorslessolutionsdusysteˋmelineˊaire(S)sontdonneˊespar: x=2a+b;y=2b−a+2z;z∈Raveclaconditiona=c. ∙∙∙Troisieˋmecas:detA=0carm=−1 Nous allons traiter cette situation par l'écriture pratique de la "matrice augmentée". On a alors, lorsque m=−1 le système suivant : ⎩⎨⎧x−y+2z−x−y−2zx+y+2z===abc⟺(A−1∣B)=⎝⎛1−11−1−112−22abc⎠⎞ Effectuons la deux substitutions suivantes : L2⟵−L2. On trouve que : (A−1∣B)=⎝⎛111−111222a−bc⎠⎞ Effectuons maintenant la substitution suivante : L3⟵L3−L2. On obtient alors : (A−1∣B)=⎝⎛110−110220a−bb+c⎠⎞ La dernière ligne se traduit par 0x+0y+0z=b+c soit b=−c. Donc on a le système suivant : {x−y+2zx+y+2z==a−b⟺{−x+y−2zx+y+2z==−a−b La somme de ces deux lignes nous donne immédiatement 2y=−a−b=−(a+b) soit y=−2a+b. Puis, on en déduit que : x−y+2z=a⟺x=a+y−2z⟺x=a−2a+b−2z⟺x=22a−2a+b−2z Soit x=2a−b−2z. ■■■Sim=−1alorslessolutionsdusysteˋmelineˊaire(S)sontdonneˊespar: x=2a−b−2z;y=−2a+b;z∈Raveclaconditionb=−c.
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