🔴  Lives #BAC2024

À partir du 12 mai, révise le bac avec nous sur YouTube tous les soirs à 19h30 ! Découvrir la chaîne →

Calcul matriciel

Inverse d’une matrice par inversion d’un système linéaire - Exercice 1

10 min
15
On note par AA la matrice suivante : A=(010101011)A = \begin{pmatrix} 0 & -1 & 0 \\ 1 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}.
Question 1

Déterminer, si elle existe, la matrice inverse A1A^{-1}.

Correction
Soit X=(x1x2x3)M3,1(R)X = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{3,1}(\mathbb{R}).
Soit Y=(y1y2y3)M3,1(R)Y = \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{3,1}(\mathbb{R}).
On pose Y=AXY = A X ce qui implique que A1Y=XA^{-1}Y = X.
Ainsi :
Y=AX(y1y2y3)=(010101011)(x1x2x3)(y1y2y3)=(0x20x10x30x2x3)Y = A X \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & -1 & 0 \\ 1 & 0 & -1 \\ 0 & 1 & 1 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & -x_2 & 0 \\ x_1 & 0 & -x_3 \\ 0 & x_2 & x_3 \end{pmatrix}
Ainsi, on obtient :
{y1=x2y2=x1x3y3=x2+x3{y1=x2y2=x1x3y3=x2+x3{y2=x1x31y1+0y2+0y3=x2y3=x2+x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_1 & = & -x_2 \\ y_2 & = & x_1 - x_3 \\ y_3 & = & x_2 + x_3\end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} -y_1 & = & x_2 \\ y_2 & = & x_1 - x_3 \\ y_3 & = & x_2 + x_3\end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_2 & = & x_1 - x_3 \\ -1y_1 + 0y_2 + 0y_3 & = & x_2 \\ y_3 & = & x_2 + x_3\end{array} \right.
Soit :
{y2=x1x31y1+0y2+0y3=x2y3=y1+x3{y2=x1x31y1+0y2+0y3=x21y1+0y2+1y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_2 & = & x_1 - x_3 \\ -1y_1 + 0y_2 + 0y_3 & = & x_2 \\ y_3 & = & -y_1 + x_3\end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_2 & = & x_1 - x_3 \\ -1y_1 + 0y_2 + 0y_3 & = & x_2 \\ 1 y_1 + 0 y_2 + 1y_3 & = & x_3\end{array} \right.
Ce qui nous permet d'écrire que :
{y2=x1(y1+y3)1y1+0y2+0y3=x21y1+0y2+1y3=x3{y2=x1y1y31y1+0y2+0y3=x21y1+0y2+1y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_2 & = & x_1 - (y_1+y_3) \\ -1y_1 + 0y_2 + 0y_3 & = & x_2 \\ 1 y_1 + 0 y_2 + 1y_3 & = & x_3\end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_2 & = & x_1 - y_1 - y_3 \\ -1y_1 + 0y_2 + 0y_3 & = & x_2 \\ 1 y_1 + 0 y_2 + 1y_3 & = & x_3\end{array} \right.
Soit encore :
{1y1+1y2+1y3=x11y1+0y2+0y3=x21y1+0y2+1y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} 1y_1 + 1y_2 + 1y_3 & = & x_1 \\ -1y_1 + 0y_2 + 0y_3 & = & x_2 \\ 1 y_1 + 0 y_2 + 1y_3 & = & x_3\end{array} \right.
On va écrire ceci sous la forme matricielle suivante :
(111100101)(y1y2y3)=(x1x2x3)A1Y=X\begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 \\ -1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, A^{-1}Y = X
Par identification, on trouve finalement que :
A1=(111100101)A^{-1} = \begin{pmatrix} 1 & 1 & 1 \\ -1 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 1 \end{pmatrix}