Aller au contenu
Réussir mon BTS SIO

Tape une notion, une commande ou le nom d'une épreuve.

Par exemple

Chapitre 1125 minIntermédiaire

Exercices d'examen corrigés

Par Josselyn C., prof de BTS SIO. Mis à jour le .

Exercice 1 : Addition et scalaire

Soit A = [2 -1 ; 3 4] et B = [1 5 ; -2 0]. Calculer 2A + 3B.

Correction :

Etape 1 : calculer 2A.

2A = [ 2 x 2    2 x (-1) ] = [ 4   -2 ]
     [ 2 x 3    2 x 4    ]   [ 6    8 ]

Etape 2 : calculer 3B.

3B = [ 3 x 1    3 x 5    ] = [ 3   15 ]
     [ 3 x (-2) 3 x 0    ]   [ -6   0 ]

Etape 3 : additionner.

2A + 3B = [ 4 + 3      -2 + 15 ] = [ 7   13 ]
          [ 6 + (-6)    8 + 0  ]   [ 0    8 ]

Exercice 2 : Multiplication 2 x 2

Soit A = [3 1 ; 2 4] et B = [1 -2 ; 0 5]. Calculer AB et BA. Verifier que AB est different de BA.

Correction :

Calcul de AB :

c₁₁ = 3 x 1 + 1 x 0 = 3 + 0 = 3
c₁₂ = 3 x (-2) + 1 x 5 = -6 + 5 = -1
c₂₁ = 2 x 1 + 4 x 0 = 2 + 0 = 2
c₂₂ = 2 x (-2) + 4 x 5 = -4 + 20 = 16
AB = [ 3   -1 ]
     [ 2   16 ]

Calcul de BA :

c₁₁ = 1 x 3 + (-2) x 2 = 3 - 4 = -1
c₁₂ = 1 x 1 + (-2) x 4 = 1 - 8 = -7
c₂₁ = 0 x 3 + 5 x 2 = 0 + 10 = 10
c₂₂ = 0 x 1 + 5 x 4 = 0 + 20 = 20
BA = [ -1  -7 ]
     [ 10  20 ]

AB est different de BA. La multiplication matricielle n'est pas commutative.


Exercice 3 : Determinant 2 x 2

Calculer le determinant de M = [4 -3 ; 6 2].

Correction :

det(M) = 4 x 2 - (-3) x 6
       = 8 - (-18)
       = 8 + 18
       = 26

Exercice 4 : Determinant 3 x 3 par Sarrus

Calculer le determinant de :

A = [ 2  1  3 ]
    [ 0  -1 4 ]
    [ 1  2  1 ]

Correction :

Diagonales descendantes :

D₁ = 2 x (-1) x 1 = -2
D₂ = 1 x 4 x 1 = 4
D₃ = 3 x 0 x 2 = 0

Diagonales montantes :

D₄ = 3 x (-1) x 1 = -3
D₅ = 2 x 4 x 2 = 16
D₆ = 1 x 0 x 1 = 0
det(A) = (-2) + 4 + 0 - (-3) - 16 - 0
       = -2 + 4 + 0 + 3 - 16 - 0
       = 5 - 16
       = -11

Exercice 5 : Inverse d'une matrice 2 x 2

Calculer l'inverse de A = [5 2 ; 3 1]. Verifier.

Correction :

Determinant :

det(A) = 5 x 1 - 2 x 3 = 5 - 6 = -1

Inverse :

A⁻¹ = (1/(-1)) x [  1  -2 ]
                   [ -3   5 ]

A⁻¹ = [ -1   2 ]
      [  3  -5 ]

Verification A x A⁻¹ :

c₁₁ = 5 x (-1) + 2 x 3 = -5 + 6 = 1
c₁₂ = 5 x 2 + 2 x (-5) = 10 - 10 = 0
c₂₁ = 3 x (-1) + 1 x 3 = -3 + 3 = 0
c₂₂ = 3 x 2 + 1 x (-5) = 6 - 5 = 1
A x A⁻¹ = [ 1  0 ] = I₂. Verifie.
          [ 0  1 ]

Exercice 6 : Systeme 2 x 2 par inversion

Resoudre le systeme :

{ 5x + 2y = 12
{ 3x + y  = 7

Correction :

Matrice A = [5 2 ; 3 1], B = [12 ; 7].

D'apres l'exercice 5, A⁻¹ = [-1 2 ; 3 -5].

X = A⁻¹ x B :

x = (-1) x 12 + 2 x 7 = -12 + 14 = 2
y = 3 x 12 + (-5) x 7 = 36 - 35 = 1

Solution : x = 2, y = 1.

Verification : 5(2) + 2(1) = 10 + 2 = 12. Correct. 3(2) + 1 = 7. Correct.


Exercice 7 : Systeme 2 x 2 par Cramer

Resoudre le systeme :

{ 4x - 3y = 1
{ 2x + 5y = 19

Correction :

det(A) = 4 x 5 - (-3) x 2 = 20 + 6 = 26
det(A₁) = det[ 1   -3 ] = 1 x 5 - (-3) x 19 = 5 + 57 = 62
             [ 19   5 ]
det(A₂) = det[ 4   1  ] = 4 x 19 - 1 x 2 = 76 - 2 = 74
             [ 2  19  ]
x = 62 / 26 = 31/13
y = 74 / 26 = 37/13

Verification : 4 x (31/13) - 3 x (37/13) = 124/13 - 111/13 = 13/13 = 1. Correct.


Exercice 8 : Pivot de Gauss 3 x 3

Resoudre le systeme par le pivot de Gauss :

{  x + y + z  = 6
{ 2x + 3y + z = 14
{  x + 2y - z = 2

Correction :

Matrice augmentee :

[ 1  1   1 |  6 ]   L₁
[ 2  3   1 | 14 ]   L₂
[ 1  2  -1 |  2 ]   L₃

L₂ ← L₂ - 2L₁ :

2 - 2x1 = 0,  3 - 2x1 = 1,  1 - 2x1 = -1,  14 - 2x6 = 2

L₃ ← L₃ - L₁ :

1 - 1 = 0,  2 - 1 = 1,  -1 - 1 = -2,  2 - 6 = -4
[ 1  1   1 |  6 ]   L₁
[ 0  1  -1 |  2 ]   L₂
[ 0  1  -2 | -4 ]   L₃

L₃ ← L₃ - L₂ :

0 - 0 = 0,  1 - 1 = 0,  -2 - (-1) = -1,  -4 - 2 = -6
[ 1  1   1 |  6 ]   L₁
[ 0  1  -1 |  2 ]   L₂
[ 0  0  -1 | -6 ]   L₃

Remontee :

De L₃ : -z = -6, donc z = 6.

De L₂ : y - z = 2, donc y - 6 = 2, donc y = 8.

De L₁ : x + y + z = 6, donc x + 8 + 6 = 6, donc x = 6 - 14 = -8.

Solution : x = -8, y = 8, z = 6.

Verification equation 2 : 2(-8) + 3(8) + 6 = -16 + 24 + 6 = 14. Correct. Verification equation 3 : (-8) + 2(8) - 6 = -8 + 16 - 6 = 2. Correct.


Exercice 9 : Puissance de matrice et graphe

Soit le graphe oriente de matrice d'adjacence :

M = [ 0  1  0 ]
    [ 0  0  1 ]
    [ 1  1  0 ]

a) Combien de chemins de longueur 2 vont du sommet 3 au sommet 1 ? b) Calculer M² et repondre.

Correction :

Calcul de M² = M x M :

c₁₁ = 0x0 + 1x0 + 0x1 = 0
c₁₂ = 0x1 + 1x0 + 0x1 = 0
c₁₃ = 0x0 + 1x1 + 0x0 = 1
c₂₁ = 0x0 + 0x0 + 1x1 = 1
c₂₂ = 0x1 + 0x0 + 1x1 = 1
c₂₃ = 0x0 + 0x1 + 1x0 = 0
c₃₁ = 1x0 + 1x0 + 0x1 = 0
c₃₂ = 1x1 + 1x0 + 0x1 = 1
c₃₃ = 1x0 + 1x1 + 0x0 = 1
M² = [ 0  0  1 ]
     [ 1  1  0 ]
     [ 0  1  1 ]

Reponse a) : le coefficient m²₃₁ = 0. Il n'existe aucun chemin de longueur 2 du sommet 3 au sommet 1.

Reponse b) : m²₃₃ = 1 signifie qu'il existe 1 chemin de longueur 2 du sommet 3 a lui-meme (3 -> 1 -> ... non, verifions : 3 -> 2 -> 3 ? arc 3->2 existe (m₃₂=1), arc 2->3 existe (m₂₃=1). Oui, le chemin 3 -> 2 -> 3 est de longueur 2).


Exercice 10 : Chaine de Markov

Une machine peut etre dans deux etats : Fonctionnement (F) ou Panne (P). La matrice de transition est :

     F    P
T = [ 0.9  0.1 ]   F
    [ 0.6  0.4 ]   P

Initialement, la machine est en fonctionnement : P₀ = [1 0].

a) Quelle est la distribution apres 1 etape ? b) Quelle est la distribution apres 2 etapes ? c) Determiner la distribution stationnaire.

Correction :

a) P₁ = P₀ x T :

composante F : 1 x 0.9 + 0 x 0.6 = 0.9
composante P : 1 x 0.1 + 0 x 0.4 = 0.1

P₁ = [0.9  0.1]

b) P₂ = P₁ x T :

composante F : 0.9 x 0.9 + 0.1 x 0.6 = 0.81 + 0.06 = 0.87
composante P : 0.9 x 0.1 + 0.1 x 0.4 = 0.09 + 0.04 = 0.13

P₂ = [0.87  0.13]

c) Distribution stationnaire pi = [pi_F, pi_P] telle que pi x T = pi.

pi_F = 0.9 pi_F + 0.6 pi_P
pi_F - 0.9 pi_F = 0.6 pi_P
0.1 pi_F = 0.6 pi_P
pi_F = 6 pi_P

Avec pi_F + pi_P = 1 :

6 pi_P + pi_P = 1
7 pi_P = 1
pi_P = 1/7
pi_F = 6/7

Distribution stationnaire : pi = [6/7, 1/7], soit environ [0.857, 0.143].

Interpretation : a long terme, la machine est en fonctionnement environ 85.7% du temps.


Exercice 11 : Determinant et inversibilite

Pour quelles valeurs de k la matrice suivante est-elle inversible ?

A = [ k    2 ]
    [ k+1  k ]

Correction :

A est inversible si et seulement si det(A) est different de 0.

det(A) = k x k - 2 x (k+1)
       = k² - 2k - 2

Resolvons k² - 2k - 2 = 0.

Discriminant :

Delta = (-2)² - 4 x 1 x (-2) = 4 + 8 = 12
k = (2 + racine(12)) / 2  ou  k = (2 - racine(12)) / 2
  = (2 + 2 racine(3)) / 2      = (2 - 2 racine(3)) / 2
  = 1 + racine(3)               = 1 - racine(3)

Conclusion : A est inversible pour tout k different de 1 + racine(3) et 1 - racine(3).


Exercice 12 : Inverse 3 x 3 et systeme

Resoudre le systeme en utilisant la matrice inverse :

{ 2x + y      = 5
{  x    + 2z  = 5
{      y + z  = 3

Correction :

Matrice A et vecteur B :

A = [ 2  1  0 ]      B = [ 5 ]
    [ 1  0  2 ]          [ 5 ]
    [ 0  1  1 ]          [ 3 ]

Etape 1 : det(A) par Sarrus.

D₁ = 2 x 0 x 1 = 0
D₂ = 1 x 2 x 0 = 0
D₃ = 0 x 1 x 1 = 0

D₄ = 0 x 0 x 0 = 0
D₅ = 2 x 2 x 1 = 4
D₆ = 1 x 1 x 1 = 1

det(A) = 0 + 0 + 0 - 0 - 4 - 1 = -5

Etape 2 : cofacteurs.

C₁₁ = (+1) x det[ 0  2 ] = 0 x 1 - 2 x 1 = -2
                 [ 1  1 ]

C₁₂ = (-1) x det[ 1  2 ] = (-1) x (1 x 1 - 2 x 0) = (-1) x 1 = -1
                 [ 0  1 ]

C₁₃ = (+1) x det[ 1  0 ] = 1 x 1 - 0 x 0 = 1
                 [ 0  1 ]

C₂₁ = (-1) x det[ 1  0 ] = (-1) x (1 x 1 - 0 x 1) = (-1) x 1 = -1
                 [ 1  1 ]

C₂₂ = (+1) x det[ 2  0 ] = 2 x 1 - 0 x 0 = 2
                 [ 0  1 ]

C₂₃ = (-1) x det[ 2  1 ] = (-1) x (2 x 1 - 1 x 0) = (-1) x 2 = -2
                 [ 0  1 ]

C₃₁ = (+1) x det[ 1  0 ] = 1 x 2 - 0 x 0 = 2
                 [ 0  2 ]

C₃₂ = (-1) x det[ 2  0 ] = (-1) x (2 x 2 - 0 x 1) = (-1) x 4 = -4
                 [ 1  2 ]

C₃₃ = (+1) x det[ 2  1 ] = 2 x 0 - 1 x 1 = -1
                 [ 1  0 ]

Matrice des cofacteurs et transposee :

Com(A) = [ -2  -1   1 ]
         [ -1   2  -2 ]
         [  2  -4  -1 ]

Com(A)ᵀ = [ -2  -1   2 ]
          [ -1   2  -4 ]
          [  1  -2  -1 ]

Inverse :

A⁻¹ = (1/(-5)) x [ -2  -1   2 ]     [  2/5   1/5  -2/5 ]
                   [ -1   2  -4 ]  =  [  1/5  -2/5   4/5 ]
                   [  1  -2  -1 ]     [ -1/5   2/5   1/5 ]

Etape 3 : X = A⁻¹ x B.

x = (2/5) x 5 + (1/5) x 5 + (-2/5) x 3
  = 10/5 + 5/5 - 6/5
  = (10 + 5 - 6) / 5
  = 9/5

y = (1/5) x 5 + (-2/5) x 5 + (4/5) x 3
  = 5/5 - 10/5 + 12/5
  = (5 - 10 + 12) / 5
  = 7/5

z = (-1/5) x 5 + (2/5) x 5 + (1/5) x 3
  = -5/5 + 10/5 + 3/5
  = (-5 + 10 + 3) / 5
  = 8/5

Solution : x = 9/5, y = 7/5, z = 8/5.

Verification equation 1 : 2(9/5) + 7/5 = 18/5 + 7/5 = 25/5 = 5. Correct. Verification equation 2 : 9/5 + 2(8/5) = 9/5 + 16/5 = 25/5 = 5. Correct. Verification equation 3 : 7/5 + 8/5 = 15/5 = 3. Correct.


Exercice 13 : Multiplication et transposee

Soit A = [1 2 ; 3 4] et B = [0 1 ; -1 2]. Verifier que (AB)ᵀ = BᵀAᵀ.

Correction :

Calcul de AB :

c₁₁ = 1 x 0 + 2 x (-1) = 0 - 2 = -2
c₁₂ = 1 x 1 + 2 x 2 = 1 + 4 = 5
c₂₁ = 3 x 0 + 4 x (-1) = 0 - 4 = -4
c₂₂ = 3 x 1 + 4 x 2 = 3 + 8 = 11
AB = [ -2   5 ]
     [ -4  11 ]

Transposee :

(AB)ᵀ = [ -2  -4 ]
        [  5  11 ]

Maintenant calculons BᵀAᵀ :

Bᵀ = [ 0  -1 ]      Aᵀ = [ 1  3 ]
     [ 1   2 ]           [ 2  4 ]

BᵀAᵀ :

c₁₁ = 0 x 1 + (-1) x 2 = 0 - 2 = -2
c₁₂ = 0 x 3 + (-1) x 4 = 0 - 4 = -4
c₂₁ = 1 x 1 + 2 x 2 = 1 + 4 = 5
c₂₂ = 1 x 3 + 2 x 4 = 3 + 8 = 11
BᵀAᵀ = [ -2  -4 ]
       [  5  11 ]

On verifie bien que (AB)ᵀ = BᵀAᵀ.


Exercice 14 : Matrice d'adjacence et chemins

Soit un graphe oriente a 4 sommets {1, 2, 3, 4} de matrice d'adjacence :

M = [ 0  1  0  1 ]
    [ 0  0  1  0 ]
    [ 1  0  0  0 ]
    [ 0  0  1  0 ]

a) Dessiner le graphe. b) Calculer M² et en deduire le nombre de chemins de longueur 2 du sommet 1 au sommet 3.

Correction :

a) Arcs du graphe :

  • 1 -> 2 (m₁₂ = 1)
  • 1 -> 4 (m₁₄ = 1)
  • 2 -> 3 (m₂₃ = 1)
  • 3 -> 1 (m₃₁ = 1)
  • 4 -> 3 (m₄₃ = 1)

b) Calcul de M² = M x M :

m²₁₁ = 0x0 + 1x0 + 0x1 + 1x0 = 0
m²₁₂ = 0x1 + 1x0 + 0x0 + 1x0 = 0
m²₁₃ = 0x0 + 1x1 + 0x0 + 1x1 = 0 + 1 + 0 + 1 = 2
m²₁₄ = 0x1 + 1x0 + 0x0 + 1x0 = 0

m²₂₁ = 0x0 + 0x0 + 1x1 + 0x0 = 1
m²₂₂ = 0x1 + 0x0 + 1x0 + 0x0 = 0
m²₂₃ = 0x0 + 0x1 + 1x0 + 0x1 = 0
m²₂₄ = 0x1 + 0x0 + 1x0 + 0x0 = 0

m²₃₁ = 1x0 + 0x0 + 0x1 + 0x0 = 0
m²₃₂ = 1x1 + 0x0 + 0x0 + 0x0 = 1
m²₃₃ = 1x0 + 0x1 + 0x0 + 0x1 = 0
m²₃₄ = 1x1 + 0x0 + 0x0 + 0x0 = 1

m²₄₁ = 0x0 + 0x0 + 1x1 + 0x0 = 1
m²₄₂ = 0x1 + 0x0 + 1x0 + 0x0 = 0
m²₄₃ = 0x0 + 0x1 + 1x0 + 0x1 = 0
m²₄₄ = 0x1 + 0x0 + 1x0 + 0x0 = 0
M² = [ 0  0  2  0 ]
     [ 1  0  0  0 ]
     [ 0  1  0  1 ]
     [ 1  0  0  0 ]

Reponse : m²₁₃ = 2. Il existe 2 chemins de longueur 2 du sommet 1 au sommet 3 :

  • Chemin 1 : 1 -> 2 -> 3
  • Chemin 2 : 1 -> 4 -> 3

Exercice 15 : Systeme 3 x 3 complet par Gauss

Resoudre par le pivot de Gauss :

{ 2x + y  - z  = 1
{  x - y  + 2z = 5
{ 3x + 2y + z  = 8

Correction :

Matrice augmentee :

[ 2   1  -1 |  1 ]   L₁
[ 1  -1   2 |  5 ]   L₂
[ 3   2   1 |  8 ]   L₃

Pour simplifier, echangeons L₁ et L₂ (pour avoir un pivot de 1) :

[ 1  -1   2 |  5 ]   L₁
[ 2   1  -1 |  1 ]   L₂
[ 3   2   1 |  8 ]   L₃

L₂ ← L₂ - 2L₁ :

2 - 2x1 = 0
1 - 2x(-1) = 1 + 2 = 3
-1 - 2x2 = -1 - 4 = -5
1 - 2x5 = 1 - 10 = -9

L₃ ← L₃ - 3L₁ :

3 - 3x1 = 0
2 - 3x(-1) = 2 + 3 = 5
1 - 3x2 = 1 - 6 = -5
8 - 3x5 = 8 - 15 = -7
[ 1  -1   2 |  5 ]   L₁
[ 0   3  -5 | -9 ]   L₂
[ 0   5  -5 | -7 ]   L₃

L₃ ← L₃ - (5/3)L₂ :

0 - (5/3) x 0 = 0
5 - (5/3) x 3 = 5 - 5 = 0
-5 - (5/3) x (-5) = -5 + 25/3 = -15/3 + 25/3 = 10/3
-7 - (5/3) x (-9) = -7 + 45/3 = -7 + 15 = 8
[ 1  -1     2   |  5 ]   L₁
[ 0   3    -5   | -9 ]   L₂
[ 0   0   10/3  |  8 ]   L₃

Remontee :

De L₃ : (10/3)z = 8, donc z = 8 x (3/10) = 24/10 = 12/5.

De L₂ : 3y - 5z = -9, donc 3y - 5 x (12/5) = -9, donc 3y - 12 = -9, donc 3y = 3, donc y = 1.

De L₁ : x - y + 2z = 5, donc x - 1 + 2 x (12/5) = 5, donc x - 1 + 24/5 = 5, donc x = 5 + 1 - 24/5 = 6 - 24/5 = 30/5 - 24/5 = 6/5.

Solution : x = 6/5, y = 1, z = 12/5.

Verification equation 1 : 2(6/5) + 1 - (12/5) = 12/5 + 5/5 - 12/5 = 5/5 = 1. Correct. Verification equation 2 : (6/5) - 1 + 2(12/5) = 6/5 - 5/5 + 24/5 = 25/5 = 5. Correct. Verification equation 3 : 3(6/5) + 2(1) + (12/5) = 18/5 + 10/5 + 12/5 = 40/5 = 8. Correct.


Exercice 16 : Transformation geometrique

On applique la rotation de 90 degres au triangle de sommets A(1, 0), B(2, 1), C(0, 3). Determiner les coordonnees des sommets transformes.

Correction :

Matrice de rotation de 90 degres :

R = [ 0  -1 ]
    [ 1   0 ]

Sommet A(1, 0) :

[ 0  -1 ] [ 1 ]   [ 0 x 1 + (-1) x 0 ]   [ 0 ]
[ 1   0 ] [ 0 ] = [ 1 x 1 +   0  x 0 ] = [ 1 ]

A' = (0, 1).

Sommet B(2, 1) :

[ 0  -1 ] [ 2 ]   [ 0 x 2 + (-1) x 1 ]   [ -1 ]
[ 1   0 ] [ 1 ] = [ 1 x 2 +   0  x 1 ] = [  2 ]

B' = (-1, 2).

Sommet C(0, 3) :

[ 0  -1 ] [ 0 ]   [ 0 x 0 + (-1) x 3 ]   [ -3 ]
[ 1   0 ] [ 3 ] = [ 1 x 0 +   0  x 3 ] = [  0 ]

C' = (-3, 0).


Exercice 17 : Matrice de transition et PageRank

Quatre pages web A, B, C, D sont liees ainsi :

  • A pointe vers B et C
  • B pointe vers D
  • C pointe vers A et D
  • D pointe vers A

a) Ecrire la matrice de transition. b) A partir de P₀ = [1/4, 1/4, 1/4, 1/4], calculer P₁.

Correction :

a) Matrice de transition :

       A     B     C     D
T = [  0   1/2   1/2    0  ]   A (2 liens sortants)
    [  0    0     0     1  ]   B (1 lien sortant)
    [ 1/2   0     0    1/2 ]   C (2 liens sortants)
    [  1    0     0     0  ]   D (1 lien sortant)

b) P₁ = P₀ x T :

Composante A :

(1/4) x 0 + (1/4) x 0 + (1/4) x (1/2) + (1/4) x 1
= 0 + 0 + 1/8 + 1/4
= 1/8 + 2/8
= 3/8

Composante B :

(1/4) x (1/2) + (1/4) x 0 + (1/4) x 0 + (1/4) x 0
= 1/8 + 0 + 0 + 0
= 1/8

Composante C :

(1/4) x (1/2) + (1/4) x 0 + (1/4) x 0 + (1/4) x 0
= 1/8

Composante D :

(1/4) x 0 + (1/4) x 1 + (1/4) x (1/2) + (1/4) x 0
= 0 + 1/4 + 1/8 + 0
= 2/8 + 1/8
= 3/8

P₁ = [3/8, 1/8, 1/8, 3/8].

La page A et la page D ont les scores les plus eleves, ce qui est coherent car elles recoivent le plus de liens entrants.

Chapitre terminé !

Tu as lu ce chapitre jusqu'au bout. Passe au suivant tant que c'est frais.

chapitres
–
de série
–
du cours
–
Chapitre suivant : Résumé des formules essentiellesRevoir le sommaire du cours