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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 Déterminant, système linéaire solution

exo7 3466

Soit la matrice carrée d’ordre \(n\), \(I_p\) ( ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 3467

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(K)\) inversible et \(B\) la matrice obtenue en échange ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3468

Soit \(M \in \mathcal{M}_n(K)\). Montrer que : \(\mathrm{rg}(M) = 1 \iff\) il exi ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 3470

Soient \(x_1, \dots, x_p, y_1, \dots y_p \in K\). On note \(A,B\) les matrices d ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3471

Soient \(A \in \mathcal{M}_{n,p}(K)\) et \(B \in \mathcal{M}_{n,q}(K)\). On consi ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 3472

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(\R)\), et \(B = {}^t\!AA\).

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3473

Soit \(M \in \mathcal{M}_n(\C)\) de rang 1. On écrit \(M = P + iQ\) avec ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 3474

Soit \(M = \Bigl(\cos (i+j-1)\theta \Bigr) \in \mathcal{M}_n(\R)\). Déterminer ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3475

Soit \(M = \begin{pmatrix} A & B \cr C & D \cr \end{pmatrix}\) une matrice carrée décomposée en blocs. On ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 3476

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(\R)\) et \(E = \{ M \in \mathcal{M}_n(\R)\) tq ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 3479

Soit \(M \in \mathcal{M}_3(K)\) antisymétrique. Quel est le rang de \(M\) ?

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3480

Soit \(A=(a_{ij}) \in \mathcal{M}_n(K)\) antisymétrique.

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3481

Soit \(M=(a_{ij}) \in \mathcal{M}_n(\C)\). On dit que \(M\) est à diago ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3482

Soit une matrice \(M\) de rang \(r\) telle que : ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire solution

exo7 3483

Soient deux matrices \(B \in \mathcal{M}_{n,r}(\R)\) et ...

L2 Algèbre Déterminant, système linéaire

exo7 3484

Soit \(A\in\mathcal{M}_n(K)\). Montrer que \(A\) est non inversible si et seuleme ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3496

Diagonaliser les matrices suivantes :

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3497

Diagonaliser les matrices suivantes :

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3498

Diagonaliser les matrices suivantes :

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3499

Chercher les valeurs propres des matrices :

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3504

Diagonaliser ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3505

Diagonaliser la matrice ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3508

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(K)\) telle que la somme des coefficients par ligne est constante ( ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3509

Soit \(M=(m_{ij}) \in \mathcal{M}_n(\R)\) telle que : ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3518

Soit ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3524

Soit \(A = (a_{ij}) \in \mathcal{M}_{3}(\R)\).

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3526

Soit \(C = \begin{pmatrix} a_1\cr \vdots\cr a_n \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{n,1}(\R)\) et ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3527

Soit \(A=(a_{ij}) \in \mathcal{M}_n(\R)\) telle que \(a_{ij} = \frac ij\). ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3530

On considère la matrice de \(M_n(\C)\), ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3536

Soient \(A,B \in \mathcal{M}_n(K)\).

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3541

Donner une CNS sur \(a,b\in\C\) pour que la matrice ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3542

Trouver les matrices \(A \in \mathcal{M}_n(\R)\) telles que \(A^2 = A\) et ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3546

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(\C)\) telle que \(A = A^{-1}\). ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3552

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(\R)\) telle que \(A^3 + A^2 + A = 0\). Montrer que ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3559

Soit \(M \in \mathcal{M}_{3}(\R)\) telle que \(M \ne I\), et ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3563

Caractériser les polynômes \(P\) tels que : \(\forall\ A\in\mathcal{M}_n(\C)\), ...

L2 Algèbre Endomorphisme particulier

exo7 3567

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(K)\). Déterminer les scalaires \(\lambda\) et les matr ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3585

Soit \(A=\begin{pmatrix}-1&2&1\cr2&-1&-1\cr-4&4&3\cr\end{pmatrix}\).

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur

exo7 3590

Soit \(D = \text{diag}(\lambda_1,\dots,\lambda_n)\) une matrice diagonale à valeurs propres distinctes.

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3591

Soit \(A = \begin{pmatrix} 1 &1 \cr 1 &1 \cr \end{pmatrix}\).

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3592

Soit \(A = \begin{pmatrix} 9 &0 &0 \cr 1 &4 &0 \cr 1 &1 &1 \cr \end{pmatrix}\). Trouver le ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3593

Soit ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3594

Trouver le commutant de \(\begin{pmatrix}2&-2&1\\ 2&-3&2\\ 1&2&0\end{pmatrix}\).

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3596

En se déplaçant uniquement sur les arêtes d’un cube de côté 1, combien y a-t-il de chemins de longueur \(n\) pour ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3597

Soit \(A \in \mathcal{M}_n(K)\) et ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3598

Soit \(M \in \mathcal{M}_n(\C)\) diagonalisable. Soit ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3601

Soit \(A\in\mathcal{M}_n(\R)\) et ...

L2 Algèbre Endomorphisme particulier

exo7 3638

Soient \(f_1,\dots,f_n : \R \to \R\) \(n\) fonctions linéairement indépendantes. ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 3677

Soit \(M \in \mathcal{M}_n(\R)\) inversible. Montrer qu’il existe une matrice orthogonale, ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé solution

exo7 3710

Pour tout triplet \((a,b,c)\) de réels on pose ...