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Programme de mathématiques BCPST, première année · semestre 1

Algèbre linéaire 2 – Matrices

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446 exercices
Texte officiel du programme

Le but de ce chapitre est de mettre en place le calcul sur les matrices avec ses analogies et différences vis-à-vis du calcul sur les nombres réels et complexes. La mise en pratique de ce calcul peut nécessiter l’usage de l’ordinateur.

On travaille sur $\mathbb{K} = \mathbb{R}$ le plus souvent en pratique, occasionnellement sur $\mathbb{K} = \mathbb{C}$.

On ne confondra pas matrices (ou vecteurs) lignes et matrices (ou vecteurs) colonnes.

ContenusCapacités et commentaires
Matrices : définition, vocabulaire. Matrice nulle.
Matrices carrées, matrices lignes, colonnes.
Matrices triangulaires, diagonales. Matrice identité.
Opérations sur les matrices : somme, produit par un scalaire, produit matriciel. Formule du binôme quand les deux matrices commutent.
Propriétés de ces opérations.
Produit de matrices diagonales.
Transposée d’une matrice $M$, notée $M^T$.
Transposée d’une somme, d’un produit de matrices.
Matrices carrées symétriques.
Écriture matricielle d’un système linéaire.
Rang d’une matrice.
On adapte la méthode du pivot qui devient un algorithme opérant sur les lignes ou les colonnes d’une matrice. Le rang d’une matrice est alors défini comme le nombre de pivots. On admet que le rang d’une matrice et de sa transposée sont les mêmes.
On pourra proposer, dès que le cours sur les espaces vectoriels aura été traité, des caractérisations du rang d’une matrice permettant d’éviter le recours systématique à la méthode du pivot de Gauss pour déterminer le rang dans la pratique.
Matrices carrées inversibles, matrice inverse, inverse d’un produit, inverse de la transposée d’une matrice carrée inversible.
Recherche pratique de l’inverse d’une matrice.
L’inversion peut se ramener à la résolution de systèmes linéaires. La description d’un algorithme d’inversion de matrices n’est pas un attendu du programme.
Déterminant des matrices $2 \times 2$ et caractérisation des matrices $2 \times 2$ inversibles.
Seul le déterminant des matrices $2 \times 2$ est introduit et les formules de Cramer, même dans le cas $2 \times 2$, ne sont pas exigibles.
Expression matricielle formelle, $X = A^{-1}Y$, de la solution d’un système linéaire $AX = Y$ lorsque la matrice carrée $A$ qui lui est associée est inversible.
L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1624

Soit \(u\) l’application suivante : ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1625

Soit \(A\in\mathcal{M}_{n}(\R)\). Montrer que si \(\lambda\) est une valeur propr ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1629

Les matrices suivantes sont-elles diagonalisables, triangularisables ? Si oui, les réduire. ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1632

Soit \(\alpha\) et \(\beta\) deux réels, et ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 1636

Soit ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1637

On considère une matrice \(A\in\mathcal{M}_{nn}(\C)\) et l’application ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1639

Soit \(A\) la matrice ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 1641

Déterminer les valeurs propres des matrices suivantes. Sont-elles diagonalisables, triangularisables ?

...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1647

Montrer que si \(A\) est une matrice symétrique réelle, alors \(A + iI\) est inve ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1650

Soient \(\ M\) et \(N \in M_n (\mathbb{K} ) .\) On note ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1658

Soit \(f\) l’endomorphisme de \(\mathbb{R}^{3}\), dont la matrice dans la base ca ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1666

Soient les matrices ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1668

On considère la matrice par blocs ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1671

Soit \(B\) une matrice diagonalisable  de ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1687

Mettre sous forme triangulaire les matrices suivantes : ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1703

Soit \(A\in\mathcal{M}_{3}(\R)\) la matrice ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 1710

Donner toutes les suites \((x_{n})\), \((y_{n})\) et ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 1712

On considère la matrice ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1716

Calculer les puissances et l’exponentielle (\(e^M=\sum_{k=0}^{+\infty} \frac{M^k}{k!}\)) des matrices suivantes : ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1724

Soient \((x_n)_{n \in \N } ,\) \((y_n)_{n \in \N }\) et ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 1728

Les parties I, II, III et IV peuvent être traitées indépendamment les unes des autres.

Soient ...

L3 Topologie Espace vectoriel normé

exo7 1899

Soit \(A\in M_n(\Cc )\). Montrer quil existe une suite de matrices ...

L2 Géométrie Géométrie affine euclidienne

exo7 2032

Les formules suivantes définissent-elles bien un changement de repère ? Dans ce cas, donner le changement de repère inverse.

L2 Géométrie Géométrie affine euclidienne solution

exo7 2034

On considère le point \(A (-2,4,1)\), les vecteurs ...

L3 Théorie des groupes Ordre d'un élément

exo7 2112

Montrer que l’ensemble des matrices carrées à \(n\) lignes et \(n\) colonnes de d ...

L3 Théorie des groupes Ordre d'un élément

exo7 2113

On considère l’ensemble \(E\) des matrices carrées à coefficients réels de la forme

...

L3 Théorie des groupes Ordre d'un élément

exo7 2123

On pose ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2210

Soit \(n \in \Nn\) et on définit les matrices suivantes dans \(\Rr^{n\times n}\): ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2211

Démontrer l’identité \[(A + UBV)^{-1} = A^{-1} -A^{-1} U( I+BVA^{-1}U)^{-1} BVA^{-1}\] en précisant:

    ...
L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2213

Montrer que si \(\rho (A) <1\) alors

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2214

Soit \(A\) une matrice carrée d’ordre \(n\) inversible et ...

L3 Analyse numérique Autre

exo7 2215

Soient

  • \(H=\)span\(\{v_1, \cdots , v_r\}\) le sous–espace vectori ...

L3 Analyse numérique Autre

exo7 2220

Soit \(A=\left(\begin{array}{cc} 1&0\\ 0&10^{-6} \end{array}\right)\)

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2222

Notons \(\tilde{A}_k\) la matrice carrée d’ordre \((n-k+1)\) formée des éléments ...

L3 Analyse numérique Autre

exo7 2223

 

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2224

Montrer que la factorisation LU préserve la structure des matrices bande au sens suivant : ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2225

Soit \(A\) une matrice symétrique inversible admettant une factorisation LU. Montrer que l’on peut écrire ...

L3 Analyse numérique Autre

exo7 2226

Soit \(A=LU\) la décomposition LU d’une matrice \(A\in\Rr^{n\times n}\) avec ...

L3 Analyse numérique Autre

exo7 2227

On suppose \(A\in\Rr^{n\times n}\) inversible. Montrer que si \(PA\Pi =LU\) est o ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2228

Soit \(A\in\Rr^{n\times n}\) telle que \(A^T\) soit à diagonale strictement domin ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2231

Soient \(p,q :\) \(1\leq p < q\leq n\), ...

L3 Analyse numérique Autre

exo7 2233

Soient \(x\) et \(y\) deux vecteurs unitaires. Donner un algorithme qui utilise l ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2234

Soit \(A\in\Rr^{m\times n}\). On veut construire une matrice ...

L3 Analyse numérique Autre

exo7 2235

Soit \(a\in\Rr\) et ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2236

Soit \(A\) une matrice hermitienne inversible décomposée en \(A=M-N\) où ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2237

Soit \(A=I-E-E^*\) une matrice carrée d’ordre \(N\) où ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2238

Soient \(A\) et \(B\) deux matrices réelles d’ordre ...

L3 Analyse numérique Autre solution

exo7 2239

On considère le système \(Ax=b\) avec ...

L1 Algèbre Matrice

exo7 2434

Soit \(A\) une matrice carrée qui commute avec toutes les matrices carrées. Montrer que c’est une matrice scalaire ...

L1 Algèbre Matrice

exo7 2436

Soit \(e = (e_1, e_2, e_3)\) la base canonique de \(\R^3\) et ...