🔴  Lives #BAC2024

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

Calcul matriciel

Opérations élémentaires sur les matrices : somme, produit, transposée - Exercice 4

15 min
30
Soient aa et bb deux nombres réels.
On pose A=(cos(a)sin(a)sin(a)cos(a))A = \begin{pmatrix} \cos(a) & -\sin(a) \\ \sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix} et B=(cos(b)sin(b)sin(b)cos(b))B = \begin{pmatrix} \cos(b) & -\sin(b) \\ \sin(b) & \cos(b) \end{pmatrix}
Question 1

Calculer le produit ABAB.

Correction
On a :
AB=A×B=(cos(a)sin(a)sin(a)cos(a))×(cos(b)sin(b)sin(b)cos(b))AB = A \times B = \begin{pmatrix} \cos(a) & -\sin(a) \\ \sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} \cos(b) & -\sin(b) \\ \sin(b) & \cos(b) \end{pmatrix}
Soit :
AB=A×B=(cos(a)cos(b)sin(a)sin(b)cos(a)sin(b)sin(a)cos(b)sin(a)cos(b)+cos(a)sin(b)sin(a)sin(b)+cos(a)cos(b))AB = A \times B = \begin{pmatrix} \cos(a)\cos(b)-\sin(a)\sin(b) & -\cos(a)\sin(b)-\sin(a)\cos(b) \\ \sin(a)\cos(b)+\cos(a)\sin(b) & -\sin(a)\sin(b)+\cos(a)\cos(b) \end{pmatrix}
Soit encore, en faisant usage des formules d'addition, on trouve finalement que :
AB=(cos(b+a)sin(b+a)sin(b+a)cos(b+a))AB = \begin{pmatrix} \cos(b+a) & -\sin(b+a) \\ \sin(b+a) & \cos(b+a) \end{pmatrix}

Question 2

Calculer le produit BABA.

Correction
BA=B×A=(cos(b)sin(b)sin(b)cos(b))×(cos(a)sin(a)sin(a)cos(a))BA = B \times A = \begin{pmatrix} \cos(b) & -\sin(b) \\ \sin(b) & \cos(b) \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} \cos(a) & -\sin(a) \\ \sin(a) & \cos(a) \end{pmatrix}
Soit :
BA=B×A=(cos(b)cos(a)sin(b)sin(a)cos(b)sin(a)sin(b)cos(a)sin(b)cos(a)+cos(b)sin(a)sin(b)sin(a)+cos(b)cos(a))BA = B \times A = \begin{pmatrix} \cos(b)\cos(a)-\sin(b)\sin(a) & -\cos(b)\sin(a)-\sin(b)\cos(a) \\ \sin(b)\cos(a)+\cos(b)\sin(a) & -\sin(b)\sin(a)+\cos(b)\cos(a) \end{pmatrix}
Soit encore, en faisant usage des formules d'addition, on trouve finalement que :
BA=(cos(b+a)sin(b+a)sin(b+a)cos(b+a))BA = \begin{pmatrix} \cos(b+a) & -\sin(b+a) \\ \sin(b+a) & \cos(b+a) \end{pmatrix}

Question 3

Quelle conclusion pouvez-vous faire ?

Correction
Comme aa et bb sont deux nombres réels, on a alors b+a=a+bb+a = a+b. Donc :
BA=(cos(a+b)sin(a+b)sin(a+b)cos(a+b))BA = \begin{pmatrix} \cos(a+b) & -\sin(a+b) \\ \sin(a+b) & \cos(a+b) \end{pmatrix}
Et finalement :
BA=ABBA = AB

Donc les deux matrices AA et BB commutent entre elles.