On considère l'application linéaire f∈L(R3) dont la représentation matricielle est donnée par la matrice A suivante : A=⎝⎛4−621−11−121⎠⎞
Démontrer que la matrice A est régulière (ou encore non singulière).
Correction
On a, suivant un développement selon la première colonne de la matrice A : detA=(−1)1+1×4×∣∣−1121∣∣+(−1)2+1×(−6)×∣∣11−11∣∣+(−1)3+1×2×∣∣1−1−12∣∣ Soit : detA=4×∣∣−1121∣∣+6×∣∣11−11∣∣+2×∣∣1−1−12∣∣ Soit encore : detA=4×(−1−2)+6×(1−(−1))+2×(2−1) Ce qui nous donne : detA=4×(−3)+6×2+2×1 D'où : detA=−12+12+2 Finalement : detA=2=0 Donc la matrice A est régulière (ou encore inversible).
Question 2
Déterminer le polynôme caractéristique Pf−3(λ) associé.
Correction
Soit λ un nombre réel. On a : Pf−3(λ)=∣∣4−λ−621−1−λ1−121−λ∣∣ Effectuons un développement de Laplace selon la première colonne de la matrice A. On obtient : detA=(−1)1+1×(4−λ)×∣∣−1−λ121−λ∣∣+(−1)2+1×(−6)×∣∣11−11−λ∣∣+(−1)3+1×2×∣∣1−1−λ−12∣∣ Soit : detA=(4−λ)×∣∣−1−λ121−λ∣∣+6×∣∣11−11−λ∣∣+2×∣∣1−1−λ−12∣∣ Soit encore : detA=(4−λ)×((−1−λ)(1−λ)−2)+6×(1(1−λ)−1×(−1))+2×(2−1−λ) D'où : detA=−(4−λ)×((1+λ)(1−λ)+2)+6×(1−λ+1)+2×(1−λ) On a alors : detA=−(4−λ)×(12−λ2+2)+6×(2−λ)+2×(1−λ) Donc : detA=−(4−λ)×(3−λ2)+(12−6λ)+(2−2λ) Ce qui nous permet d'écrire : detA=(4−λ)×(λ2−3)+14−8λ detA=4λ2−12−λ3+3λ−3+14−8λ Finalement : Pf−3(λ)=−λ3+4λ2−5λ+2 ∙Remarque: Pourlespuristesdelafactorisation,onaeˊgalement: Pf−3(λ)(−1)3(λ−2)(λ−1)2 Cetteformefactoriseˊen′estpasneˊcessairepourlasuitedel′exercice.
Question 3
En faisant usage du théorème de Cayley-Hamilton, déterminer la matrice inverse A−1.
Correction
Le théorème de Cayley-Hamilton nous permet d'écrire que : Pf−3(A)=O3⟺−A3+4A2−5A+2I3=O3 En multipliant, à droite, par la matrice inverse A−1 (qui existe), on obtient : −A3A−1+4A2A−1−5AA−1+2I3A−1=O3A−1 Soit : −A2+4A−5I3+2A−1=O3 Donc : A−1=21(A2−4A+5I3) Ce qui nous donne : A−1=21⎝⎛⎝⎛8−1442−32−361⎠⎞−4⎝⎛4−621−11−121⎠⎞+5⎝⎛100010001⎠⎞⎠⎞ Finalement : A−1=21⎝⎛−310−4−26−21−22⎠⎞