MAT 1200: Introduction à l algèbre linéaire

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1 MAT 1200: Introduction à l algèbre linéaire Saïd EL MORCHID Département de Mathématiques et de Statistique Chapitre 5: Les Déterminants

2 Références Déterminants d ordre 1 et 2 Définitions Exemples Sous-matrices A ij - Mineur- Cofacteurs Mineur Cofacteur Le déterminant d une matrice 3 3 Le déterminant d une matrice n n Propriétés des déterminants Les déterminants et les matrices inversibles Matrice des cofacteurs. Matrice adjointe La règle de Cramer pour résoudre un système

3 Références: Notes de cours chapitre 5. Livre: Chapitre 3 page 175

4 Déterminants d ordre 1 et 2 Définitions 1. Cas d une matrice 1 1: Soit A = (a 11) une matrice de type 1 1, le déterminant de A est det(a) = a 11 = a 11 2 Cas d une ( matrice 2 ) 2: a11 a 12 Soit A =. Le déterminant de A est le nombre réel a 21 a 22 det(a) = a11 a12 a 21 a 22 = a11a22 a12a21 Exemple Calculer le déterminant de la matrice ( 1 5 A = 2 4 ).

5 Sous-matrices A ij Mineur Soit A = (a ij ) une matrice carrée de type n n. Alors la matrice A ij de type (n 1) (n 1) désigne la sous-matrice formée des éléments de A qui restent après avoir supprimé la i ème ligne et la j ème colonne. Le déterminant de la sous-matrice A ij est appelé le mineur de a ij. Exemple Soit la matrice A = Trouver les sous-matrices A 32, A

6 Cofacteur Définition Soit A = (a ij ) une matrice carrée de type n n. On appelle cofacteur de l élément a ij le nombre C ij = ( 1) i+j deta ij. Exemple Soit la matrice A = Trouver les cofacteurs C 21, C 22 et C

7 Le déterminant d une matrice 3 3 Définition Soit A = (a ij ) une matrice carrée de type 3 3. Le déterminant de la matrice A est le nombre réel: a 11 a 12 a 13 deta = a 21 a 22 a 23 a 31 a 32 a 33 = a 11C 11 + a 12C 12 + a 13C 13 = a 11 a 22 a 23 a 32 a 33 +a 13 a 21 a 22 a 31 a 32 a 21 a 23 a12 a 31 a 33 = a 11 (a 22a 33 a 32a 23) a 12 (a 21a 33 a 31a 23) + a 13 (a 21a 32 a 31a 22) On dit qu on a développé le déterminant par rapport à la première ligne.

8 Exemple: Calculer le déterminant de la matrice A =

9 Le déterminant d une matrice n n Définition Le déterminant d une matrice A = (a ij ) de type n n est deta = a 11C 11 + a 12C a 1nC 1n = a 11detA 11 a 12detA ( 1) 1+n a 1ndetA 1n On dit qu on a développé le déterminant par rapport à la première ligne. Exemple: Calculer le déterminant de la matrice A =

10 Théorème: Le déterminant d une matrice A = (a ij ) de type n n peut être calculé par un développement selon n importe quelle ligne ou selon n importe quelle colonne. Le développement selon la i ème ligne s écrit: deta = a i1 C i1 + a i2 C i2 + + a in C in Le développement selon la j ème colonne s écrit: deta = a 1j C 1j + a 2j C 2j + + a nj C nj

11 Exemple: Calculer le déterminant de la matrice A = Théorème Le déterminant d une matrice triangulaire A est égal au produit des éléments de sa diagonale.

12 Exemple: Calculer le déterminant de la matrice A = Théorème Le déterminant d une matrice triangulaire A est égal au produit des éléments de sa diagonale.

13 Propriétés des déterminants Théorème: Soit A et B deux matrices carrées. a) deta t = deta, b) si A contient une ligne ou une colonne de 0, alors deta = 0. c) det(ab) = deta detb Théorème: Opérations sur les lignes Soit A une matrice carrée. a) Si une matrice B est obtenue en ajoutant à une ligne de la matrice A un multiple d une autre de ses lignes, alors detb = deta. b) Si B est la matrice obtenue en permutant deux lignes de A, alors detb = deta. c) Si B est la matrice obtenue en multipliant une ligne de A par k, alors detb = kdeta. Dans ce théorème, on peut remplacer le mot ligne par colonne.

14 Théorème:Opérations sur les colonnes Soit A une matrice carrée. a) Si une matrice B est obtenue en ajoutant à une colonne de la matrice A un multiple d une autre de ses colonnes, alors detb = deta. b) Si B est la matrice obtenue en permutant deux colonnes de A, alors detb = deta. c) Si B est la matrice obtenue en multipliant une colonne de A par k, alors detb = kdeta. Exemple: Calculer le déterminant de la matrice A =

15 Les déterminants et les matrices inversibles Théorème: Une matrice carrée est inversible si et seulement si deta 0. Si A est une matrice carrée inversible, alors Exemple: deta 1 = 1 deta. Est ce que la matrice suivante est inversible? Théorème: A = Soient u 1, u 2,, u n, n vecteurs de R n et A la matrice dont les colonnes ou les lignes sont les vecteurs u i. Alors u 1, u 2,, u n sont indépendants si et seulement si le déterminant de A est non nul.

16 Matrice des cofacteurs. Matrice adjointe Définition: Soit A une matrice carrée de type n n. La matrice des cofacteurs de A, notée Cof(A), est la matrice obtenue de A en remplaçant chaque terme a ij par son cofacteur. On a C 11 C 12 C 1n C 21 C 22 C 2n Cof(A) =.... C n1 C n2 C nn Définition: La matrice adjointe de A, notée adja, est la transposée de la matrice des cofacteurs de A. On a C 11 C 21 C n1 C 12 C 22 C n2 adja =.... C 1n C 2n C nn

17 Théorème: Une Formule de l inverse Soit A une matrice inversible de type n n. Alors Exemple: Calculer l inverse de la matrice A 1 = 1 deta (adja). A =

18 La règle de Cramer pour résoudre un système Dans cette section, on considère A une matrice inversible de type n n, b un vecteur de R n, A i ( b) la matrice obtenue en remplaçant dans A la i ème colonne par le vecteur b. (S) le système linéaire A x = b. Théorème: La règle de Cramer Les composantes de l unique solution du système (S) sont données par Exemple x i = deta i ( b) deta, i = 1, 2, n Résoudre par le règle de Cramer les systèmes { 3x 2y = 6 (S 1) 5x + 4y = 8 2x + y + 3z = 2 (S 2) x y + z = 1 x + 4y 2z = 1