Annexe C : Matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires

Documents pareils
LES DÉTERMINANTS DE MATRICES

2. RAPPEL DES TECHNIQUES DE CALCUL DANS R

Bien lire l énoncé 2 fois avant de continuer - Méthodes et/ou Explications Réponses. Antécédents d un nombre par une fonction

FctsAffines.nb 1. Mathématiques, 1-ère année Edition Fonctions affines

CRÉER UNE BASE DE DONNÉES AVEC OPEN OFFICE BASE

Introduction. I Étude rapide du réseau - Apprentissage. II Application à la reconnaissance des notes.

RÉSOLUTION DE SYSTÈMES À DEUX INCONNUES

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

Module 2 : Déterminant d une matrice

LA RÉGULARISATION DES CHARGES EN FIN D EXERCICE

Cours 02 : Problème général de la programmation linéaire

CHAPITRE VIII : Les circuits avec résistances ohmiques

Pour signifier qu'une classe fille hérite d'une classe mère, on utilise le mot clé extends class fille extends mère

Suite dossier d appel

Taux d évolution moyen.

IMPORTATION, CRÉATION, MANIPULATION, EXPORTATION DE DONNÉES STATISTIQUES

1. Création d'un état Création d'un état Instantané Colonnes Création d'un état Instantané Tableau... 4

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

RÉALISATION DE GRAPHIQUES AVEC OPENOFFICE.ORG 2.3

PROBLEMES D'ORDONNANCEMENT AVEC RESSOURCES

LE PROBLEME DU PLUS COURT CHEMIN

Traitement de texte : Quelques rappels de quelques notions de base

La correction des erreurs d'enregistrement et de traitement comptables

Chapitre IV : La Tenue Des Livres Le journal Le grand Livre

Projet ISN - dossier réalisé par Randrianarimanana Stéphanie. Titre du projet : Site de rencontre. le nom de notre site de rencontre : Linkymeet

modélisation solide et dessin technique

Chapitre 2. Matrices

SOMMAIRE. Travailler avec les requêtes... 3

À l'intention des parents

Introduction : Cadkey

MODE D'EMPLOI DE LA CALCULATRICE POUR LES COURTS SÉJOURS DANS L'ESPACE SCHENGEN

Présentation de GnuCash

Travaux pratiques. Compression en codage de Huffman Organisation d un projet de programmation

RECOMMANDATION 27 EFFICACITE DE LA COMMUNICATION, ENTRE LES CANAUX DE DISTRIBUTION ET LES ASSUREURS, ET RECIPROQUEMENT.

1. Qu'est-ce que SQL? La maintenance des bases de données Les manipulations des bases de données... 5

Résolution de systèmes linéaires par des méthodes directes

Une proposition de séquence relative à l étude des sons /an/, /on/ et de leurs graphies. Cadre général

1. Introduction Création d'une macro autonome Exécuter la macro pas à pas Modifier une macro... 5

La polarisation des transistors

Factorisation Factoriser en utilisant un facteur commun Fiche méthode

NOTIONS DE PROBABILITÉS

6. Les différents types de démonstrations

ÉQUATIONS MISE EN ÉQUATION ET RÉSOLUTION D UN PROBLÈME. 3 x + 5 = 11. x + 4 = x = 4 Mais qui sont ces inconnues?

Algorithmes de recherche

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

Perrothon Sandrine UV Visible. Spectrophotométrie d'absorption moléculaire Étude et dosage de la vitamine B 6

Programmation linéaire

L ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES (A.C.P.) Pierre-Louis GONZALEZ

L'instruction if permet d'exécuter des instructions différentes selon qu'une condition est vraie ou fausse. Sa forme de base est la suivante:

Premiers pas sur e-lyco

PHPWEBSITE -Tutoriel image

Application 1- VBA : Test de comportements d'investissements

BML Informatique Tableur OpenOffice.org Calc Mercredi 8 avril 2015

MDI Chèque de Allégroupe Réclamation

1. Introduction Création d'une requête...2

Guide de démarrage rapide Centre de copies et d'impression Bureau en Gros en ligne

DIFFRACTion des ondes

aux différences est appelé équation aux différences d ordre n en forme normale.

Plan. 5 Actualisation. 7 Investissement. 2 Calcul du taux d intérêt 3 Taux équivalent 4 Placement à versements fixes.

UEO11 COURS/TD 1. nombres entiers et réels codés en mémoire centrale. Caractères alphabétiques et caractères spéciaux.

Pourquoi l apprentissage?

Importer les fichiers élèves - professeurs du secrétariat

Par combien de zéros se termine N!?

2.1 Le point mémoire statique Le point mémoire statique est fondé sur le bistable, dessiné de manière différente en Figure 1.

Cours Modélisation et Programmation avec tableur

LibreOffice Calc : introduction aux tableaux croisés dynamiques

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

D'UN THÉORÈME NOUVEAU

Les différents types de données et leurs opérations de base

UTILISATIONS D'EXCEL POUR LES SCIENTIFIQUES.

Exercices de dénombrement

CRÉER UNE BASE DE DONNÉES AVEC OPEN OFFICE BASE

Guide pour la réalisation d'un document avec Open Office Writer 2.2

Utiliser un tableau à double entrée «Les véhicules»

NOTRE PERE JESUS ME PARLE DE SON PERE. idees-cate

Projet Matlab/Octave : segmentation d'un ballon de couleur dans une image couleur et insertion d'un logo

1. LA GESTION DES BASES DE DONNEES RELATIONNELLES

Chapitre 1 I:\ Soyez courageux!

Pourquoi l'écologie industrielle?

Tutoriel - flux de facturation

Stockage ou pas stockage?

1. Étape: Activer le contrôle du compte utilisateur

COMPTABILITE. Fait par Christophe Lemaigre. Principes de base

Recherche dans un tableau

Effectuer un paiement par chèque

La conversion de données : Convertisseur Analogique Numérique (CAN) Convertisseur Numérique Analogique (CNA)

OPTIMISATION À UNE VARIABLE

Raisonnement par récurrence Suites numériques

Chapitre 3. Les distributions à deux variables

Seconde et première Exercices de révision sur les probabilités Corrigé

Chapitre 5. Calculs financiers. 5.1 Introduction - notations

l'ordinateur les bases

2.4 Représentation graphique, tableau de Karnaugh

Fonctions homographiques

Apprendre à manipuler le clavier Médiathèque de Bussy Saint-Georges APPRENDRE A MANIPULER LE CLAVIER

EXCEL PERFECTIONNEMENT CALCULS AVANCES

Chap III : Les tableaux

Introduction à la Statistique Inférentielle

Prix d'un site Internet ou e-commerce professionnel

Accident de voiture : six bons réflexes pour remplir le constat amiable

Transcription:

Annexe C : Matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires Systèmes d'équations linéaires Un système de équations linéaires à variables est un système de la forme : a 1 x 1 + a x k 1 b 1 x 1 + b x k. La méthode qu'on utilise généralement pour résoudre un tel système est appelée la méthode d'éliminationsubstitution. Elle consiste à isoler une des deux variables (x 1 ou x ), puis à substituer sa valeur dans l'autre équation; il suffit de résoudre cette nouvelle équation, plus simple puisqu'elle ne contient qu'une seule variable. Illustrons la méthode à l'aide d'un exemple. x y 4 Exemple C.1 Soit à résoudre le système { 5x + 7y Isolons d'abord x dans la première équation : x 4 + y. Substituons cette valeur dans la deuxième équation : 5 4 + y + 7y. On a obtenu une équation à une seule inconnue, qu'on peut résoudre facilement en isolant y : y 6 1. Et, puisque x 4 + y, on obtient x 4 1. La solution de ce système est : x 4 1 et y 6 1 Remarque: nous ne considérons dans cette annexe que les systèmes qui ont une solution. Par exemple si l'on a un système avec deux inconnues, on doit avoir deux informations (équations) indépendantes pour x y 4 obtenir une solution unique du système. Si on essaie de résoudre le système { 6x + 4y 8 on n'a pas équations indépendantes car la deuxième vaut fois la première. Un système de équations linéaires à variables est un système de la forme : a 1 x 1 + a x + a x k 1 b 1 x 1 + b x + b x k. c 1 x 1 + c x + c x k On peut également utiliser la méthode d'élimination-substitution pour résoudre ces systèmes. C'est un petit peu plus lourd car c'est plus long, mais ça fonctionne bien quand même, comme on le verra dans l'exemple suivant.

page C. Annexe C : matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires Exemple C. Résolvons le système suivant : x y + 4z 7 5x + 7y z 16 x + y z 6 Isolons x dans la troisième équation : x 6 y + z. On substitue cette valeur dans les deux premières équations, ce qui nous donne un 5y + 7z 5 système de équations à inconnues, en y et z : { y + z 14 Isolons y dans cette deuxième équation : y 7 z. En substituant cette valeur, ça nous donne que z 5. Puis y. Et finalement x. La solution du système est donc : x, y et z 5. Une autre façon qui peut être utilisée pour résoudre ces systèmes d'équations, et même d'autres plus gros, est basée sur l'écriture sous forme matricielle des systèmes. Matrices Une matrice est un tableau rectangulaire de nombres. On entoure généralement ces tableaux de parenthèses ou de crochets. Pour nommer les matrices, on utilise des lettres majuscules. Si la matrice A est composée de l lignes et de c colonnes, on dit qu'elle est l c, ou que son format est l c. Exemples C. a) La matrice A a 1 a b 1 b a 1 a b 1 b est une matrice. Pour exprimer le système d'équations a 1 x 1 + a x k 1 b 1 x 1 + b x k sous forme matricielle, on écrit A X K, où A a 1 a b 1 b est la matrice des coefficients, X x 1 x est la matrice des variables et K k 1 k est la matrice des constantes. Dans le cas de X et de K, qui n'ont qu'une seule colonne, on parle indifféremment de matrice ou de vecteur. a 1 a a a 1 a a b) La matrice B b 1 b b b c 1 b b est une matrice. 1 c c c 1 c c

Annexe C : matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires page C. a 1 y 1 + a y + a y h 1 Pour exprimer le système d'équations b 1 y 1 + b y + b y h sous forme c 1 y 1 + c y + c y h a 1 a a matricielle, on écrit B Y H, où B b 1 b b est la matrice des coefficients, c 1 c c y 1 h 1 Y y est la matrice (ou le vecteur) des variables et H h est la matrice y h (ou le vecteur) des constantes. C'est important de pouvoir exprimer un système d'équations sous forme matricielle pour plusieurs raisons. Premièrement, les calculatrices qui résolvent ce genre de problème demandent souvent qu'on leur donne les coefficients sous forme matricielle. De plus, nous allons vous montrer une méthode de résolution qui fait appel à cette notation : c'est la méthode de Cramer. Il faut être prudent lorsqu'on traduit un système d'équations sous forme matricielle. On doit bien u w + 4v 7 respecter l'ordre d'apparition des coefficients et des variables. Soit le système: 5v w 16 w + u 6 4 u sa traduction sous forme matricielle sera: 0 5 v 0 1 w 7 16 6 Déterminants Mais avant de vraiment vous donner la règle de Cramer, il faut encore définir une opération sur les matrices : prendre le déterminant d'une matrice. Remarquez qu'on ne prend le déterminant que des matrices carrées (qui ont le même nombre de lignes que de colonnes). Le déterminant d'une matrice d'ordre (c'est-à-dire de format ) se calcule ainsi : a 1 a b 1 b a 1 b a b 1 Le déterminant d'une matrice d'ordre (c'est-à-dire ) se calcule ainsi : a 1 a a b b 1 b b a b b 1 c c 1 c c c a 1 b b c 1 c + a 1 b c 1 c Remarque : les déterminants d'ordre qui précèdent s'obtiennent en éliminant la ligne et la colonne contenant le coefficient a i. Cette technique de calcul se nomme le développement selon la 1 ère ligne. Il existe d'autres techniques de calcul; on pourrait par exemple développer le déterminant selon la

page C.4 Annexe C : matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires deuxième ligne, ou selon la troisième colonne. Mais nous nous en tiendrons à cette seule technique, qui est tout à fait suffisante pour nos besoins. exemple C.4 a) Le déterminant de la matrice 4 1, qu'on note det 4 1, ou bien 4 1, est 1 [ 4] ( 8) 11. 4 1 0 b) Le déterminant de la matrice 1 5 1 1 est 1 4 1 1 1 5 1 + 0 1 5 1 4 [1 + ] [ + 15] + 0 16 17 1. Revenons à nos systèmes d'équations. Considérons a 1 x 1 + a x k 1 b 1 x 1 + b x k : A X K. Nous noterons A i la matrice A des coefficients dans laquelle on a remplacé la i ème colonne par la matrice des constantes. La résolution du système, par la méthode de Cramer, donne x 1 det(a 1 ) det(a) det k 1 a k b det a 1 a b 1 b x det(a ) det(a) det a 1 k 1 b 1 k det a 1 a b 1 b x y 4 Exemple C.5 Avec la méthode de Cramer, résoudre { 5x + 7y A 5 7, K 4 4 Ça nous donnera A 1 7 et A 5 4 x 1 et x 4 7 5 7 4 5 5 7 8 4 1 ( 10) 4 1 6 0 1 ( 10) 6 1 Nous aurons un résultat semblable dans un système de équations et inconnues comme a 1 x 1 + a x + a x k 1 a 1 a a b 1 x 1 + b x + b x k : A X K où A b 1 b b. c 1 x 1 + c x + c x k c 1 c c

Annexe C : matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires page C.5 Nous noterons B i la matrice B des coefficients dans laquelle on a remplacé la i ème colonne par la matrice des constantes. La solution sera donnée par : x 1 det(b 1 ) det(b) k 1 a a k b b k c c a 1 a a b 1 b b c 1 c c x det(b ) det(b) a 1 k 1 a b 1 k b c 1 k c a 1 a a b 1 b b c 1 c c x det(b ) det(b) a 1 a k 1 b 1 b k c 1 c k a 1 a a b 1 b b c 1 c c Exemple C.6 Résoudre x y + 4z 7 5x + 7y z 16 x + y z 6 avec la méthode de Cramer. Identifions d'abord la matrice des coefficients : B 5 7 4 1 1 1 des constantes : K 16 7 6 Nous obtenons : B 1 x y et z 7 4 16 7 6 1 1 4 5 7 1 1 1 7 4 5 16 1 6 1 4 5 7 1 1 1 7 5 7 16 1 1 6 4 5 7 1 1 1 7 4 16 7, B 7 4 5 16 6 1 1 1 6 1, B [ ] ( )[ 16 ( 18)] + 4[ 16 4] [ ] ( )[ 5 ( )] + 4[ 5 7 ] 7 7 ( ) 7 ( ) [ ] + 7[ 5 + ] + 4[ 0 16] [ ] + [ 5 + ] + 4[ 5 7] 16 + 18 7 + [ ] + [ 0 16] 7[ 5 7] 4 16 4 48 4 10 4 5. et la matrice 7 5 7 16 1 1 6 7 4 Il est clair que résoudre "à la main" un système d'équations avec plus de trois variables peut être assez difficile sans compter les erreurs de calcul possibles. Par contre, il arrive qu'on ait à résoudre un système composé de deux sous-systèmes indépendant qui peuvent se résoudre rapidement.

page C.6 Annexe C : matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires Par exemple résoudre 4A C B + D 0 9A C 7 D B 4A C 9A C 7 et B + D 0 B + D revient à résoudre les deux systèmes Vous pouvez le résoudre : la réponse est A 1, C 5, B 4 5, D 6 5. EXERCICES 1- Calculez les déterminants des matrices suivantes : a) c) e) 1 1 b) 5 7 d) 4 0 1 f) 1 4 0 1 1 1 5 7 0 1 1 4 1 - Résolvez les systèmes suivants, d abord en employant une méthode algébrique (éliminationsubstitution ou réduction), puis avec la méthode de Cramer. a) x + y 1 x y b) x + y 4 y x c) x + 4y 1 5y x d) 4x 8y 5 5 x + 5y e) x y x +y 5 f) x y 7 x 4z 1 x + y 4z 0 g) u + v + w 1 u v w 5 u + v w 4 h) x y + z 11 x y + z 10 5x + 4y z 1

Annexe C : matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires page C.7 Réponses : 1-a) -1 b) 4 c) 1 d) 8 e) f) 7 -a) x 1 y 5 b) x 1 y c) x 1 9 y 1 d) x 5 4 y 0 e) x 1 y 1 f) x y 1 z g) u v 1 w 0 h) x y z 1

page C.8 Annexe C : matrices, déterminants et systèmes d'équations linéaires