Feuille d exercices: Calcul matriciel

Documents pareils
Exo7. Matrice d une application linéaire. Corrections d Arnaud Bodin.

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

Chapitre 2. Matrices

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

[ édité le 30 avril 2015 Enoncés 1

Calcul différentiel sur R n Première partie

Cours d analyse numérique SMI-S4

Correction de l examen de la première session

1S Modèles de rédaction Enoncés

Cours 02 : Problème général de la programmation linéaire

Résolution de systèmes linéaires par des méthodes directes

Simulation de variables aléatoires

Quelques contrôle de Première S

Formes quadratiques. 1 Formes quadratiques et formes polaires associées. Imen BHOURI. 1.1 Définitions

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Problème 1 : applications du plan affine

Corrigé Problème. Partie I. I-A : Le sens direct et le cas n= 2

Déterminants. Marc SAGE 9 août Inverses et polynômes 3

NOTATIONS PRÉLIMINAIRES

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Première partie. Préliminaires : noyaux itérés. MPSI B 6 juin 2015

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Programme de la classe de première année MPSI

3 Approximation de solutions d équations

IV- Equations, inéquations dans R, Systèmes d équations

LE PRODUIT SCALAIRE ( En première S )

Structures algébriques

Exo7. Calculs de déterminants. Fiche corrigée par Arnaud Bodin. Exercice 1 Calculer les déterminants des matrices suivantes : Exercice 2.

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Mathématiques appliquées à l'économie et à la Gestion

Fonctions de plusieurs variables : dérivés partielles, diérentielle. Fonctions composées. Fonctions de classe C 1. Exemples

Calcul différentiel. Chapitre Différentiabilité

Analyse fonctionnelle Théorie des représentations du groupe quantique compact libre O(n) Teodor Banica Résumé - On trouve, pour chaque n 2, la classe

Un K-espace vectoriel est un ensemble non vide E muni : d une loi de composition interne, c est-à-dire d une application de E E dans E : E E E

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

NOMBRES COMPLEXES. Exercice 1 :

Exercices du Cours de la programmation linéaire donné par le Dr. Ali DERBALA

Triangle de Pascal dans Z/pZ avec p premier

Mathématiques Algèbre et géométrie

VI. COMPLÉMENTS SUR LES MODULES, THÉORÈME CHINOIS, FACTEURS INVARIANTS SÉANCES DU 15, 16 ET 22 OCTOBRE

Journées Télécom-UPS «Le numérique pour tous» David A. Madore. 29 mai 2015

Introduction à l étude des Corps Finis

La programmation linéaire : une introduction. Qu est-ce qu un programme linéaire? Terminologie. Écriture mathématique

ENSAE - DAKAR BROCHURE D'INFORMATION SUR LE CONCOURS DE RECRUTEMENT D ÉLÈVES INGÉNIEURS STATISTICIENS ÉCONOMISTES (I S E) Option Mathématiques CAPESA

Angles orientés et trigonométrie

La géométrie du triangle III IV - V Cercles remarquables - Lieux géométriques - Relations métriques

Programmes des classes préparatoires aux Grandes Ecoles

Rappels et compléments, première partie : Nombres complexes et applications à la géométrie

Mathématiques I Section Architecture, EPFL

Quelques tests de primalité

Approximations variationelles des EDP Notes du Cours de M2

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

RE SOLUTIONS CHAPITRE 1

Licence de Mathématiques 3

Limites finies en un point

Algorithmes pour la planification de mouvements en robotique non-holonome

Probabilités sur un univers fini

Différentiabilité ; Fonctions de plusieurs variables réelles

Programmation linéaire et Optimisation. Didier Smets

Dérivées d ordres supérieurs. Application à l étude d extrema.

a et b étant deux nombres relatifs donnés, une fonction affine est une fonction qui a un nombre x associe le nombre ax + b

Résolution d équations non linéaires

Souad EL Bernoussi. Groupe d Analyse Numérique et Optimisation Rabat http ://

Cours3. Applications continues et homéomorphismes. 1 Rappel sur les images réciproques

2. RAPPEL DES TECHNIQUES DE CALCUL DANS R

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Représentation géométrique d un nombre complexe

Analyse en Composantes Principales

Capes Première épreuve

Corrigé du baccalauréat S Asie 21 juin 2010

Fonctions de plusieurs variables et applications pour l ingénieur

Table des matières. I Mise à niveau 11. Préface

Calcul intégral élémentaire en plusieurs variables

Catalogue des connaissances de base en mathématiques dispensées dans les gymnases, lycées et collèges romands.

Fonctions de plusieurs variables

Une forme générale de la conjecture abc

Résumé du cours d algèbre 1, Sandra Rozensztajn. UMPA, ENS de Lyon, sandra.rozensztajn@ens-lyon.fr

Baccalauréat S Nombres complexes Index des exercices sur les complexes de septembre 1999 à juin 2012 Tapuscrit : DENIS VERGÈS

4. NOMBRES COMPLEXES ET TRIGONOMÉTRIE

Calcul fonctionnel holomorphe dans les algèbres de Banach

Oscillations libres des systèmes à deux degrés de liberté

Continuité en un point

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Polynômes à plusieurs variables. Résultant

CHAPITRE V SYSTEMES DIFFERENTIELS LINEAIRES A COEFFICIENTS CONSTANTS DU PREMIER ORDRE. EQUATIONS DIFFERENTIELLES.

INTRODUCTION À L ANALYSE FACTORIELLE DES CORRESPONDANCES

Exo7. Déterminants. = 4(b + c)(c + a)(a + b). c + a c + b 2c Correction. b + a 2b b + c. Exercice 2 ** X a b c a X c b b c X a c b a X

Cours 7 : Utilisation de modules sous python

La Licence Mathématiques et Economie-MASS Université de Sciences Sociales de Toulouse 1

UNIVERSITE IBN ZOHR Faculté des sciences Agadir. Filière SMA & SMI. Semestre 1. Module : Algèbre 1

Groupe symétrique. Chapitre II. 1 Définitions et généralités

DOCM Solutions officielles = n 2 10.

Extrait du poly de Stage de Grésillon 1, août 2010

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

Transcription:

Feuille d exercices : Calcul matriciel : myismail@alternorg Exercice 1 Soit M M n (R antisymétrique 1 Montrer que I + M est inversible Indication : Si MX = 0, calculer t (MX(MX 2 Soit A = (I M(I + M 1 Montrer que t A = A 1 Exercice 2 Soient A M n,p (K et B M p,n (K On note C = I n AB et D = I p BA 1 Montrer que si C est inversible, alors D l est aussi Indication : Résoudre DX = 0 2 Le cas échéant, exprimer D 1 en fonction de A, B, C 1 3 En déduire que AB et BA ont les mêmes valeurs propres non nulles 4 Examiner le cas de la valeur propre 0 si n = p Exercice 3 On note U = bi, a, b R} (n 2 M n (R et A = {au + 1 Montrer que A est une sous algèbre commutative de M n (R 2 Soit M = au + bi A Montrer que M possède un inverse dans A si et seulement si b(b+na 0, et le cas échéant, donner M 1 3 Soit M = au + bi A Exprmier M n en fonction de U et I 4 Trouver les matrices M A vérifiant : M n = I Source disponible sur : c Exercice 4 Soit A M n (R telle que pour tout X M n,1 (R, on a : tr ( t XAX 0 Montrer que les noyaux de A et t A sont égaux Indication : Décomposer A en symétrique + antisymétrique Exercice 5 Soit M M n (C et λ Spec C (M Montrer que Re(λ est compris entre la plus grande et la plus petite valeur propre de 1 2 (M + M Exercice 6 Soit A M n (R, et B = t AA 1 Montrer que : Y M n,1 (R, t Y Y = 0 Y = 0 2 Montrer que : X M n,1 (R, BX = 0 AX = 0 3 En déduire que rg(a = rg(b 4 Trouver une matrice A M 2 (C telle que rg(a rg( t AA Exercice 7 Soit P K n 1 [X] et A = P (i + j M n (K 1 Développer P (i + j par la formule de Taylor et écrire A comme produit de deux matrices 2 En déduire det A Exercice 8 Soit A M n (K inversible et B la matrice obtenue en échangeant dans A les colonnes i et j 1 Montrer que B est aussi inversible 2 Comment passe-t-on de A 1 à B 1? Page 1 sur 7

Exercice 9 Soient u, v L(E deux endomorphismes d un C-ev de dimension finie, u inversible, v nilpotent, avec u v = v u 1 Démontrer que det v = 0 2 Chercher le polynôme caractéristique de v En déduire que det(id E + v = 1 3 Démontrer que det(u + v = det u Exercice 10 1 Soient A, B M n (R telles que AB = BA Montrer que det(a 2 + B 2 0 2 Chercher A, B ne commutant pas telles que det(a 2 + B 2 < 0 29 38 18 Exercice 11 Soient A = 11 14 7 et 20 27 12 7 8 4 B = 3 3 2 3 4 1 Montrer que A et B ont même rang, même déterminant, même trace mais ne sont pas semblables (calculer (A I 2 et (B I 2 Exercice 12 Soit A M n (K et U = 1 Démontrer que : det(a + αu = det A + α cofacteurs de A a b b c 2 En déduire la valeur de D(a, b, c = b, c c a Étudier les cas : pour b c et b = c Exercice 13 Soient A M p,q (K et B M q,p (K Montrer que det(i p AB = det(i q BA Commencer par le cas où A est la matrice canonique de rang r Exercice 14 Calculer les déterminants suivants : a b 0 c 1 Matrice tridiagonale b 0 c a a b b b 2 b b b a n n n 0 1 p n + 1 n + 1 n + 1 3 0 1 p ( ( n + p n + p n + p 0 1 p Déterminant de Pascal 1 2 n 2 3 1 4 Déterminant circulant n 1 n 1 Exercice 15 Changements de signe Soit A = (a ij M n (K et A = (( 1 i+j a ij Montrer que det A = deta Page 2 sur 7

Exercice 16 Factorisation de polynômes Déterminer les cas d annulation des déterminants suivants, puis les calculer : 1 1 1 x 1 1 n x x a 1 a 2 a n a 1 x a 2 a n 2 an a 1 a 2 a n x 1 1 1 a + x a + y a + z 1 1 1 3 b + x b + y b + z 1 1 1 c + x c + y c + z Exercice 17 Calcul par dérivation 1 Soient a, b, c, d : R R des fonctions dérivables et a(x b(x f(x = c(x d(x Montrer que f est dérivable et que : a f (x = (x b(x a(x b c + (x (x d(x c(x d (x 2 Généraliser à un déterminant n n 1 cos x sin x 3 Application : Calculer 1 cos(x + α sin(x + α 1 cos(x + β sin(x + β Exercice 18 Déterminants de Vandermonde Soient a 1,, a n K Le( déterminant de Vandermonde associé aux a i est : V (a 1,, a n = det a j 1 i 1 Calculer et factoriser V (a, b et V (a, b, c 2 Pour x K, montrer que : V (a 1,, a n, x = V (a 1,, a n n (x a i 3 En déduire l expression générale de V (a 1,, a n 4 Soient α 1,, α n R ( Mettre le déterminant : det cos((j 1α i sous la forme d un déterminant de Vandermonde i=1 Exercice 19 Déterminant par blocs ( A B 1 Soient A, B M n (K et M = B A det M = det(a + B det(a B Démontrer que 2 Soient A, B, C, D( M n (K avec A inversible et AC = CA On A B considère M = M C D 2n (K Montrer que det M = det(ad CB Exercice 20 Racines de l unité On note ω = e 2iπ/n, α = e iπ/n et D le déterminant n n : D = det (ω (k 1(l 1 1 k,l n 1 Calculer D 2 2 Montrer que D = (ω l ω k = ( α k+l 2i sin l k n π k<l k<l 3 Exprimer D sous forme trigonométrique Page 3 sur 7

Exercice 21 Coefficients du binôme 1 Soit A = (a ij 1 i,j n+1 M n+1 (Q telle que a ij = ( j 1 i 1 a Interpréter A comme la matrice d un endomorphisme simple de Q n [X] b En déduire la matrice A 1 2 Soit A = (a ij 1 i,j n M n (K telle que a ij = n j ( 1 n j i 1 a Interpréter A comme la matrice ( de l endomorphisme de K n 1 [X], φ(p = ( X 1 n 1 P 1 X + 1 b En déduire A 3 Exercice 22 Problème d interpolation de Lagrange Soit A un anneau commutatif, x 1,, x n A 1 Démontrer l équivalence entre les propositions suivantes : a Le déterminant de Vandermonde de x 1,, x n est un élément inversible de A b Pour tous y 1,, y n A, il existe un unique polynôme P A n 1 [X] tel que P (x i = y i pour i = 1,, n 2 Donner un exemple d anneau A et un problème d interpolation dans A (en des points x i distincts n ayant pas de solution Exercice 23 Matrices centrosymétriques Soit A = (a ij M n (K On dit que A est centro-symétrique si pour tous i, j : a n+1 i,n+1 j = a ij 1 Montrer que si A et B sont centro-symétriques, il en est de même de AB 2 Montrer aussi A est centro-symétrique et inversible alors A 1 est aussi centro-symétrique Exercice 24 Matrices de rang 1 1 Soit M M n (K Montrer que : rg(m = 1 il existe C, colonne et L, ligne, non nulles, telles que M = CL 2 Dans le cas où M est symétrique, montrer qu il existe λ K tel que L = λ t C 3 Soit M M n (K de rang 1 Montrer que A est une matrice de projection si et seulement si tr A = 1 Exercice 25 Matrices stochastiques Soit n{ N, on pose : D = A = (a ij M n (R tel que : i, j, a ij 0 et i, 1 Montrer que D est stable par multiplication 2 Déterminer les matrices A D inversibles telles que Exercice 26 Matrices antisymétriques Soit A = (a ij M n (K antisymétrique 1 On suppose a 12 0, et on décompose A sous la forme : J U 0 a A = t avec J = 12 U V a 12 0 I2 J Soit P = 1 U 0 I n 2 a Montrer que P existe et est inversible b Calculer AP c En déduire que rg(a = 2 + rg( t UJ 1 U + V 2 Dans le cas général, montrer que rg(a est pair } n a ij = 1 j=1 Page 4 sur 7

Exercice 27 Matrice à diagonale dominante Soit M = (a ij M n (C On dit que M est à diagonale dominante si : i, a ii > a ij j i a 11 a 12 a 1n 1 On transforme M en M 0 = par la M 1 0 méthode du pivot Montrer que M 1 est à diagonale dominante 2 En déduire que M est inversible Exercice 28 Centre de M n (K Le centre de M n (K est l ensemble des matrice de M n (K commutant avec toutes les matrices de M n (K On note (E ij la base canonique de M n (K 1 Déterminer Le centre de M n (K 2 Centre de GL n (K a Montrer que F ij = I + E ij est inversible b En déduire que vect ( GL n (K = M n (K c Quel est le centre de GL n (K? d Soit f L(E ayant même matrice dans toutes les bases de E Montrer que f est une homothétie 3 Centre des matrices triangulaires unipotentes On note G = {A = (a ij M n (K tq a ij = 0 si i > j et a ii = 1} a Montrer que G est un sous-groupe de GL n (K b En utilisant la base canonique de M n (K, déterminer le centre de G, et montrer que c est un groupe commutatif isomorphe à (K, + Exercice 29 Matrices en damier Soit M = (a ij M n (K On dit que M est en damier si a ij = 0 pour j i impair On note D l ensemble des matrices n n en damier 1 Montrer que D est une sous-algèbre de M n (K 2 Quelle est sa dimension? Exercice 30 Matrices magiques Une matrice carrée, n n, M est dite magique si les sommes des coefficients de M par ligne et par colonne sont constantes M designera l ensemble de telle matrice On note s(m leur valeur commune Soit U = 1 Montrer que M est une sous-algèbre de M n (K et que s : M K est un morphisme d algèbre (calculer MU et UM 2 Si M est magique inversible, montrer que M 1 est aussi magique 3 Montrer que M est la somme directe du sev des matrices magiques symétriques et du sev des matrices magiques antisymétriques 4 Pour M M n (K, on note φ M l endomorphisme de K n canoniquement associé à M Soit H = {(x 1,, x n K n tel que : x 1 + + x n = 0} et K = {(x,, x K n } a Montrer que : M M H et K sont stables par φ M b En déduire dim(m Page 5 sur 7

Exercice 31 Commutant d une matrice diagonale Soit A M n (K, C A = {M M n (K tel que : AM = MA} s appelle le commutant de A 1 Montrer que C A est une sous-algèbre de M n (K 2 Soit A = diag(λ 1, λ 2,, λ n une matrice diagonale dont tous les λ i sont distincts a Chercher C A b Soit φ : M n (K M n (K M MA AM Montrer que Imφ est l ensemble des matrices à diagonale nulle Exercice 32 Juxtaposition de matrices Soient A M n,p (K et B M n,q (K On considère C = (A B M n,p+q (K Montrer que : rg(c = rg(a P M p,q (K tel que : B = AP Exercice 33 Matrices triangulaires nilpotentes 1 Soit A une matrice triangulaire à diagonale nulle Montrer que A est nilpotente 2 Soit A M n (K une matrice nilpotente d indice n et φ l endomorphisme de K n associé On note E i = Kerφ i, et e i un vecteur quelconque choisi dans E i \ E i 1 ( e 1 E 1 \ { 0} a Justifier l existence de e i b Montrer que la famille ( e i est une base de K n c En déduire que A est semblable à une matrice triangulaire à diagonale nulle Page 6 sur 7 Exercice 34 Autour de la trace 1 Matrices de trace nulle Soit M M n (K non scalaire telle que tr M = 0 a Montrer qu il existe une matrice colonne X 1 telle que MX 1 ne soit pas colinéaire à X 1 b En déduire que M est semblable à une matrice 0 N = où M 1 M n 1 (K et tr M 1 = 0 M 1 c Montrer que M est semblable à une matrice à diagonale nulle d En utilisant l exercice du commutant d une matrice diagonale, montrer qu il existe A, B M n (K telles que M = AB BA 2 Forme bilinéaire trace a Soit A M n,p (K non nulle Montrer que l application f A : M p,n (K K X tr (AX est une forme linéaire non nulle sur M p,n (K b Réciproquement : Soit phi : M p,n (K K une forme linéaire quelconque Montrer qu il existe une unique matrice A M n,p (K telle que φ = f A Indication : on pourra considérer l application A f A c Soit φ : M n (K K une forme linéaire vérifiant : X, Y M n (K, φ(xy = φ(y X Montrer qu il existe λ K tel que φ = λ tr 3 Une application Soit H un hyperplan de M n (K, (n 2 a Montrer qu il existe A M n (K telle que H = {M tel que : tr (AM = 0} b En déduire que H contient une matrice inversible

Exercice 35 Comatrice 1 Soit A M n (K triangulaire Montrer que com A est aussi triangulaire 2 Soit A M n (R Étudier le rang de com(a en fonction du rang de AMontrer que : Si rg(a = n, rg(com(a = n Si rg(a = n 1, rg(com(a = 1 Si rg(a n 2, rg(com(a = 0 3 Soit n 2 et A M n (K a Calculer com (com A dans le cas où A est inversible b Si rga n 2, démontrer que com A = 0 c Si rga = n 1, démontrer que rg(com A = 1 d Dans le cas général, démontrer que : com (com A = (det A n 2 A 4 Soit n 2 et A M n (K a Si A et B sont inversibles, démontrer que com (AB = (com A(com B b Démontrer le même résultat dans le cas général, en considérant les scalaires λ tels que A λi et B λi soient inversibles c En déduire que si A et B sont semblables, alors com A et com B le sont Fin Page 7 sur 7