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Calcul matriciel

Inverse d’une matrice par inversion d’un système linéaire - Exercice 2

10 min
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On considère la matrice suivante : A=(0100001000011000)A = \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}.
Question 1

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

Correction
On note par X=(x1x2x3x4)M4,1(R)X = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{4,1}(\mathbb{R}) et on désigne par Y=(y1y2y3y4)M4,1(R)Y = \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \\ y_4 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{4,1}(\mathbb{R}).
On pose Y=AXY = AX ce qui implique que A1Y=XA^{-1} Y = X. Donc :
Y=AX(y1y2y3y4)=(0100001000011000)(x1x2x3x4)(y1y2y3y4)=(x2x3x4x1)Y = AX \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \\ y_4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4 \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \\ y_4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x_2 \\ x_3 \\ x_4 \\ x_1 \end{pmatrix}
Donc :
(y4y1y2y3)=(x1x2x3x4)(0y1+0y2+0y3+1y41y1+0y2+0y3+0y40y1+1y2+0y3+0y40y1+0y2+1y3+0y4)=(x1x2x3x4)(0001100001000010)(y1y2y3y4)=(x1x2x3x4)\begin{pmatrix} y_4 \\ y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4 \\ \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} 0y_1 + 0y_2 + 0y_3 + 1y_4 \\ 1y_1 + 0y_2 + 0y_3 + 0y_4 \\ 0y_1 + 1y_2 + 0y_3 + 0y_4 \\ 0y_1 + 0y_2 + 1y_3 + 0y_4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4 \\ \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \\ y_4 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4 \\ \end{pmatrix}
Comme on sait que A1Y=XA^{-1} Y = X on en déduit immédiatement, par identification, que :
A1=(0001100001000010)A^{-1} = \begin{pmatrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \end{pmatrix}