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Chapitre 66 minIntermédiaire

Matrice inverse

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

6.1 Definition et condition d'existence

La matrice inverse de A, notee A⁻¹, est l'unique matrice telle que :

A x A⁻¹ = A⁻¹ x A = Iₙ

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

Si det(A) = 0, la matrice A n'admet pas d'inverse.

6.2 Inverse d'une matrice 2 x 2 : formule directe

Pour :

A = [ a  b ]
    [ c  d ]

Si det(A) = ad - bc est different de 0 :

A⁻¹ = (1 / det(A)) x [  d  -b ]
                       [ -c   a ]

Methode : on echange a et d, on change les signes de b et c, et on divise tout par le determinant.

Exemple pas a pas :

A = [ 2  1 ]
    [ 5  3 ]

Etape 1 : calculer le determinant.

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

Le determinant vaut 1, donc A est inversible.

Etape 2 : appliquer la formule.

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

A⁻¹ = [  3  -1 ]
      [ -5   2 ]

Etape 3 : verification A x A⁻¹ = I₂.

c₁₁ = 2 x 3 + 1 x (-5) = 6 - 5 = 1
c₁₂ = 2 x (-1) + 1 x 2 = -2 + 2 = 0
c₂₁ = 5 x 3 + 3 x (-5) = 15 - 15 = 0
c₂₂ = 5 x (-1) + 3 x 2 = -5 + 6 = 1
A x A⁻¹ = [ 1  0 ] = I₂    (verifie)
          [ 0  1 ]

6.3 Inverse d'une matrice 3 x 3 : methode de la comatrice

Pour une matrice A 3 x 3, l'inverse se calcule par :

A⁻¹ = (1 / det(A)) x Com(A)ᵀ

ou Com(A) est la matrice des cofacteurs, et Com(A)ᵀ est sa transposee.

Exemple pas a pas :

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

Etape 1 : calculer det(A) par Sarrus.

Diagonales descendantes :
D₁ = 1 x 1 x 2 = 2
D₂ = 2 x 3 x 1 = 6
D₃ = 0 x 0 x 0 = 0

Diagonales montantes :
D₄ = 0 x 1 x 1 = 0
D₅ = 1 x 3 x 0 = 0
D₆ = 2 x 0 x 2 = 0

det(A) = 2 + 6 + 0 - 0 - 0 - 0 = 8

det(A) = 8, donc A est inversible.

Etape 2 : calculer chaque cofacteur Cᵢⱼ.

Rappel : Cᵢⱼ = (-1)^(i+j) x (determinant de la sous-matrice obtenue en supprimant la ligne i et la colonne j).

C₁₁ = (+1) x det[ 1  3 ] = 1 x 2 - 3 x 0 = 2 - 0 = 2
                 [ 0  2 ]

C₁₂ = (-1) x det[ 0  3 ] = (-1) x (0 x 2 - 3 x 1) = (-1) x (-3) = 3
                 [ 1  2 ]

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

C₂₁ = (-1) x det[ 2  0 ] = (-1) x (2 x 2 - 0 x 0) = (-1) x 4 = -4
                 [ 0  2 ]

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

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

C₃₁ = (+1) x det[ 2  0 ] = 2 x 3 - 0 x 1 = 6 - 0 = 6
                 [ 1  3 ]

C₃₂ = (-1) x det[ 1  0 ] = (-1) x (1 x 3 - 0 x 0) = (-1) x 3 = -3
                 [ 0  3 ]

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

Etape 3 : ecrire la matrice des cofacteurs.

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

Etape 4 : transposer la matrice des cofacteurs.

Com(A)ᵀ = [  2  -4   6 ]
          [  3   2  -3 ]
          [ -1   2   1 ]

Etape 5 : diviser par det(A) = 8.

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

A⁻¹ = [  2/8   -4/8   6/8 ]     [ 1/4   -1/2   3/4 ]
      [  3/8    2/8  -3/8 ]  =  [ 3/8    1/4  -3/8 ]
      [ -1/8    2/8   1/8 ]     [-1/8    1/4   1/8 ]

Etape 6 : verification A x A⁻¹ = I₃.

Calculons le coefficient (1,1) de A x A⁻¹ :

1 x (1/4) + 2 x (3/8) + 0 x (-1/8)
= 1/4 + 6/8 + 0
= 1/4 + 3/4
= 1

Calculons le coefficient (1,2) :

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

Les autres coefficients se verifient de la meme maniere. Le produit donne bien I₃.

Chapitre terminé !

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