Matrices

Matrices


♣  Premieˋres  notions  sur  les  matrices{\color{red}{\clubsuit\,\, \bf{Premières \,\, notions \,\, sur \,\, les \,\, matrices}}}
    1)  Deˊfinition  des  matrices\,\,\,\,{\color{blue}{1) \,\, \bf{Définition \,\, des \,\, matrices}}}
Soient nn et pp deux nombres entiers naturels non nuls.
On désigne par K\mathbb{K} les ensembles R\mathbb{R} ou C\mathbb{C}.
On appelle matricematrice de taille (n ; p)(n\,;\,p) (ce qui signifie matrice à nn lignes et pp colonnes) tout tableau rectangulaire qui contient n×pn \times p éléments de K\mathbb{K} qui est constitué de nn lignes et pp colonnes. Il est usuelle de noter ce tableau entre parenthèse.
En général, on désigne par ai,ja_{i,j} l'élément de la matrice qui se trouve être commun, donc à la croisée, à la ligne numéro ii et à la colonne numéro jj, avec 1⩽i⩽n1 \leqslant i \leqslant n et 1⩽j⩽p1 \leqslant j \leqslant p.
On note ceci :
M=(a1,1a1,2⋯a1,pa2,1a2,2⋯a2,p⋮⋯⋮⋮an,1an,2⋯an,p)M = \begin{pmatrix} a_{1,1} & a_{1,2} & \cdots & a_{1,p} \\ a_{2,1} & a_{2,2} & \cdots & a_{2,p} \\ \vdots & \cdots & \vdots & \vdots \\ a_{n,1} & a_{n,2} & \cdots & a_{n,p} \end{pmatrix}
Lorsque n=pn=p, c'est-à-dire que la matrice à autant de lignes que de colonnes, ont dit que la matrice est carreˊe{\color{red}{carrée}}.
Par exemple la matrice A=(123456789)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \\ 7 & 8 & 9\end{pmatrix} est une matrice, à éléments réels, de taille (3 ; 3)(3\,;\,3), donc carrée.
↬\looparrowright Une matrice qui n'a qu'une seule colonne s'appelle une matrice  colonnematrice \,\, colonne. Par exemple la matrice C=(149)C = \begin{pmatrix} 1 \\ 4 \\ 9 \end{pmatrix}. D'ailleurs, une matrice colonne est souvent l'écriture adoptée pour définir un vecteur au travers de ses composantes.
↬\looparrowright Une matrice qui n'a qu'une seule ligne s'appelle une matrice  lignematrice \,\, ligne. Par exemple la matrice L=(149)L = \begin{pmatrix} 1 & 4 & 9 \end{pmatrix}.
    2)  Egaliteˊ  de  deux  matrices\,\,\,\,{\color{blue}{2) \,\, \bf{Egalité \,\, de \,\, deux \,\, matrices}}}
Deux matrices sont dites eˊgaleségales si elles ont même taille les mêmes coefficients.
    3)  Ensemble  des  matrices\,\,\,\,{\color{blue}{3) \,\, \bf{Ensemble \,\, des \,\, matrices}}}
On note mar Mn,p(K)\mathcal{M}_{n,p}(\mathbb{K}) l'ensemble des matrices à nn lignes et pp colonnes à coefficients dans Kh\mathbb{K}h.
Dans le cas des matrices carrées, c'est-à-dire lorsque n=pn=p, on note mar Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}) l'ensemble des matrices à nn lignes et nn colonnes à coefficients dans K\mathbb{K}.
Par exemple, avec les matrices ci-dessus, on a A∈M3(K)A \in \mathcal{M}_{3}(\mathbb{K}), C∈M3,1(R)C \in \mathcal{M}_{3,1}(\mathbb{R}) et L∈M1,3(R)L \in \mathcal{M}_{1,3}(\mathbb{R}).
En notant par i2=1i^2 = 1, on a D=(0i1+i2+2i121−i4+3i2i−i3i2−i2+i−3i2−4i1+5i5+i−4iπ+3i)∈M5,4(C)D = \begin{pmatrix} 0 & i & 1+i & 2+2i \\ 1 & 2 & 1-i & 4+3i \\ 2 & i & -i & 3i \\ 2-i & 2+i & -3i & \sqrt{2}-4i \\ 1+5i & 5+i & -4i & \pi + 3i \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{5,4}(\mathbb{C}).
♣♣  Opeˊrations  sur  les  matrices{\color{red}{\clubsuit \clubsuit \,\, \bf{Opérations \,\, sur \,\, les \,\, matrices}}}
    1)  Addition  de  deux  matrices\,\,\,\,{\color{blue}{1) \,\, \bf{Addition \,\, de \,\, deux \,\, matrices}}}
On ne peut additionner que des matrices qui ont la même taille.
Si deux matrices AA et BB sont de même taille, alors leur somms S=A+BS = A+B se calcule en effectuant les sommes des éléments, de AA et de BB, de même position et inscrite dans SS à cette même position.
Par exemple :
Si A=(123456)∈M2,3(R)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{2,3}(\mathbb{R}) et B=(101112202122)∈M2,3(R)B = \begin{pmatrix} 10 & 11 & 12 \\ 20 & 21 & 22 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{2,3}(\mathbb{R}) alors on a S=A+B=(123456)+(101112202122)=(111315242628)∈M2,3(R)S = A + B = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 10 & 11 & 12 \\ 20 & 21 & 22 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 11 & 13 & 15 \\ 24 & 26 & 28 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{2,3}(\mathbb{R}) également.
On constate alors que A+B=B+AA + B = B + A. L'addition matricielle est commutativecommutative.
↬\looparrowright L'addition que l'on vient de définir dans l'ensemble Mn,p(K)\mathcal{M}_{n,p}(\mathbb{K}) à la structure algébrique d'un groupe  commutatifgroupe \,\, commutatif (on dit aussi groupe abeˊlienabélien). L'élément neutre de ce groupe est la matrice nulle On,p\mathcal{O}_{n,p} dont tous les éléments sont 00. On définit l'opposé d'une matrice MM, que l'on note −M-M, en prennant l'opposé de tous les éléments constitutifs de la matrice MM.
    2)  Multiplication  d′une  matrice  par  un  scalaire\,\,\,\,{\color{blue}{2) \,\, \bf{Multiplication \,\, d'une \,\, matrice \,\, par \,\, un \,\, scalaire}}}
Soit λ\lambda un scalaire appartenant à K\mathbb{K} et MM une matrice de Mn,p(K)\mathcal{M}_{n,p}(\mathbb{K}) dont les éléments seront notés ai,ja_{i,j}, avec 1⩽i⩽n1 \leqslant i \leqslant n et 1⩽j⩽p1 \leqslant j \leqslant p.
On définit λM=λ×M\lambda M = \lambda \times M en multipliant chaque élément ai,ja_{i,j} constitutif de MM par le scalaire λ\lambda pour donner naissance à l'élément λai,j=λ×ai,j\lambda a_{i,j} = \lambda \times a_{i,j}.
Par exemple, si λ=2\lambda = 2 et A=(123456)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \end{pmatrix} alors 2A=(24681012)2A = \begin{pmatrix} 2 & 4 & 6 \\ 8 & 10 & 12 \end{pmatrix}.
Soient λ\lambda et μ\mu deux scalaires appartenants à K\mathbb{K}. Soient AA et BB deux matrices de Mn,p(K)\mathcal{M}_{n,p}(\mathbb{K}). On a les propriétés calculatoires suivantes :
∙  (λ+μ)A=λA+μA\bullet \,\, (\lambda + \mu) A = \lambda A + \mu A
∙∙  λ(A+B)=λA+λB\bullet \bullet \,\, \lambda(A + B) = \lambda A + \lambda B
∙∙∙  (λμ)A=λ(μA)\bullet \bullet \bullet \,\, (\lambda \mu)A = \lambda (\mu A)
∙∙∙∙  1A=A\bullet \bullet \bullet \bullet \,\, 1A = A
    3)  Multiplication  de  deux  matrices  entre  elles\,\,\,\,{\color{blue}{3) \,\, \bf{Multiplication \,\, de \,\, deux \,\, matrices \,\, entre \,\, elles}}}
Pour pouvoir multiplier deux matrices entre elle il faut nécessairement que :
le  nombre  de  colonne  de  la  premieˋre  matricesoit  eˊgal  au  nombre  de  ligne  de  la{\color{red}{\bf{le \,\, nombre \,\, de \,\, colonne \,\, de \,\, la \,\, première \,\, matrice}}} {\color{red}{\bf{soit \,\, égal \,\, au \,\, nombre \,\, de \,\, ligne \,\, de \,\, la}}}   deuxieˋme  matrice{\color{red}{\bf{ \,\, deuxième \,\, matrice}}}.
Soit la matrice A∈Mn,p(K)A \in \mathcal{M}_{n,{\color{blue}{\bf{p}}}}(\mathbb{K}) dont les éléments sont ai,ja_{i,j}, avec 1⩽i⩽n1 \leqslant i \leqslant n et 1⩽j⩽p1 \leqslant j \leqslant p.
Soit la matrice B∈Mp,q(K)B \in \mathcal{M}_{{\color{blue}{\bf{p}}},q}(\mathbb{K}) dont les éléments sont bi,jb_{i,j}, avec 1⩽i⩽n1 \leqslant i \leqslant n et 1⩽j⩽p1 \leqslant j \leqslant p.
La matrice PP, égale produit AB=A×B∈Mn,q(K)A B = A \times B \in \mathcal{M}_{n,q}(\mathbb{K}) et ces éléments sont notés pijp_{ij} et valent :
pij=∑k=1pai,k×bk,jp_{ij} = \sum_{k=1}^{p} a_{i,k} \times b_{k,j}
Ainsi, l'élément de la matrice produit P=ABP=AB qui se trouve à la croisée de la ligne ii et de la colonne jj se calcule en additionnant tous les produits entre les éléments, de la même position, de la ligne numéro ii de la matrice AA (la première) et de la colonne jj de la matrice BB (la deuxième).
↬  \looparrowright \,\, Par exemple :
Si A=(123456789)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \\ 7 & 8 & 9\end{pmatrix} et B=(124578)B = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 4 & 5 \\ 7 & 8 \end{pmatrix} alors le produit A×BA \times B est possible car la matrice AA à trois colonnes et la matrice BB à trois lignes. On a alors :
P=A×B=(123456789)×(124578)=(1×1+2×4+3×71×2+2×5+3×84×1+5×4+6×74×2+5×5+6×87×1+8×4+9×77×2+8×5+9×8)P = A \times B = \begin{pmatrix} 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 \\ 7 & 8 & 9\end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 4 & 5 \\ 7 & 8 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 \times 1 + 2 \times 4 + 3 \times 7 & 1 \times 2 + 2 \times 5 + 3 \times 8 \\ 4 \times 1 + 5 \times 4 + 6 \times 7 & 4 \times 2 + 5 \times 5 + 6 \times 8 \\ 7 \times 1 + 8 \times 4 + 9 \times 7 & 7 \times 2 + 8 \times 5 + 9 \times 8 \end{pmatrix}
Donc on obtient :
P=A×B=(1+8+212+10+244+20+428+25+487+32+6314+40+72)P = A \times B = \begin{pmatrix} 1 + 8 + 21 & 2 + 10 + 24 \\ 4 + 20 + 42 & 8 + 25 + 48 \\ 7 + 32 + 63 & 14 + 40 + 72 \end{pmatrix}
Ce qui nous donne :
P=A×B=(30366681102126)P = A \times B = \begin{pmatrix} 30 & 36 \\ 66 & 81 \\ 102 & 126 \end{pmatrix}
Puis, on constate que le produit B×AB \times A n'est pas possible car la matrice BB à deux colonnes mais la matrice AA possède trois lignes.
On comprend alors que le produit de deux matrices dépend de l'ordre des matrices ! On dit que le produit  matriciel{\color{red}{\bf{produit \,\, matriciel}}} n'est pas  commutatif{\color{red}{\bf{pas \,\, commutatif}}}.
Si, pour deux matrices AA et BB, on constate que A×B=B×A{\color{blue}{A \times B = B \times A}} alors ont dit que les deux matrices AA et BB sont commutatives{\color{blue}{\bf{commutatives}}}.
↬  \looparrowright \,\, L'exemple qui suit est classique mais particulièrement intéressant. On pose A=(1212)A = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 1 & 2 \end{pmatrix} et B=(1−1−11)B = \begin{pmatrix} 1 & -1 \\ -1 & 1 \end{pmatrix}.
On constate que :
A×B=(−11−11)A \times B = \begin{pmatrix} -1 & 1 \\ -1 & 1 \end{pmatrix}
B×A=(0000)=O2B \times A = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} = \mathcal{O}_2
Ainsi, sans que les deux matrices carrées AA et BB soit nulle, leur produit peut-être nul. Dans ce cas, on dit que les matrices AA et BB sont divisur  de  zeˊrodivisur \,\ de \,\, zéro. On dit aussi que l'ensemble Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}) n'est pas intègre. Cela signifie que BA=OnBA = \mathcal{O}_n n'entraine pas que B=OnB = \mathcal{O}_n ou A=OnA = \mathcal{O}_n.
    3)  Proprieˊteˊs  de  la  multiplication  matricielle\,\,\,\,{\color{blue}{3) \,\, \bf{Propriétés \,\, de \,\, la \,\, multiplication \,\, matricielle }}}
On considère trois matrices MM, NN et PP et λ∈K\lambda \in \mathbb{K}. Lorsque les produits matriciels sont possibles, on a les propriétés calculatoires suivantes :
∙  (M+N)P=MP+NP\bullet \,\, (M + N)P = MP + NP
∙∙  M(N+P)=MN+MP\bullet \bullet \,\, M(N + P) = MN + MP
∙∙∙  λ(MN)=(λM)N=M(λN)\bullet \bullet \bullet \,\, \lambda (MN) = (\lambda M) N = M (\lambda N)
∙∙∙∙  MNP=(MN)P=M(NP)\bullet \bullet \bullet \bullet \,\, MNP = (MN)P = M(NP)
    4)  La  matrice  uniteˊ\,\,\,\,{\color{blue}{4) \,\, \bf{La \,\, matrice \,\, unité }}}
La matrice  uniteˊ{\color{red}{\bf{matrice \,\, unité}}}, encore appelée matrice  identiteˊ{\color{red}{\bf{matrice \,\, identité}}}, est une matrice  carreˊe{\color{red}{\bf{matrice \,\, carrée }}} dont les seuls éléments non nuls se trouvent sur la diagonale principale (celle qui débute en haut à gauche et qui se termine en bas à droite) et qui valent tous 11. On la note InI_n. On a alors :
In=(10⋯001⋱⋮⋮⋱⋱00⋯01)I_n = \begin{pmatrix} 1 & 0 & \cdots & 0 \\ 0 & 1 & \ddots & \vdots \\ \vdots & \ddots & \ddots & 0 \\ 0 & \cdots & 0 & 1 \end{pmatrix}
Cette matrice unité InI_n est l'élément neutre de l'ensemble Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}).
Ainsi, si A∈Mn(K)A \in \mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}) alors A=AIn=InAA = A I_n = I_n A.
Si pp est un nombre entier naturel alors Inp=InI_n^p = I_n.
    5)  Puissance  d′une  matrice\,\,\,\,{\color{blue}{5) \,\, \bf{Puissance \,\, d'une \,\, matrice }}}
Soit A∈Mn(K)A \in \mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}) et pp un nombre entier naturel non nul. On a :
∙  A0=In\bullet \,\, A^0 = I_n
∙∙  Ap=A×A×⋯×A⏟p  fois\bullet \bullet \,\, A^p = \underbrace{A \times A \times \cdots \times A}_{p \,\ fois}
↬  \looparrowright \,\, Si on considère une matrice carrée AA non nulle qui satisfait à Ap=OnA^p = \mathcal{O}_n. Une telle matrice est dite nilpotente{\color{red}{\bf{nilpotente}}}. Le plus petit entier pp qui permet d'obtenir Ap=OnA^p = \mathcal{O}_n s'appelle l′indice  de  nilpotence{\color{red}{\bf{l'indice \,\, de \,\, nilpotence}}}.
L'exemple le plus classique étant A=(0100)A = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} ce qui implique que A2=A×A=(0000)=O2A^2 = A \times A = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} = \mathcal{O}_2. L'indice de nilpotence est ici égal à 22.
↬  \looparrowright \,\, Soient aa, bb et cc trois nombres réels. Si on a le polynôme d'ordre 22 suivant P(x)=ax2+bx+cP(x) = ax^2 + bx + c alors, pour une matrice A∈Mn(K)A \in \mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}), on doit écrire : P(A)=aA2+bA+cInP(A) = aA^2 + bA + cI_n.
↬  \looparrowright \,\, Si la matrice A∈Mn(K)A \in \mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}) est une racine du polynôme P\color{red}{P} alors P(A)=On{\color{red}{P}}(A)= \mathcal{O}_n. On dit alors que P\color{red}{P} est un  polyno^me  annulateur{\color{red}{\bf{un \,\, polynôme \,\, annulateur}}} pour AA.
    6)  Transposition\,\,\,\,{\color{blue}{6) \,\, \bf{Transposition}}}
Soit MM une matrice de Mn,p(K)\mathcal{M}_{n,p}(\mathbb{K}). On note sa transposée par tM^tM qui elle va appartenir à l'ensemble Mp,n(K)\mathcal{M}_{p,n}(\mathbb{K}). Pour construire la matrice transposée tM^tM il suffit de prendre, successivement, les lignes de MM et de les recopier, successivement, en colonne.
Par exemple, si M=(124578)M = \begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 4 & 5 \\ 7 & 8 \end{pmatrix} alors tM=(147258)^t M = \begin{pmatrix} 1 & 4 & 7 \\ 2 & 5 & 8 \end{pmatrix}
On note par AA et BB deux matrices de Mn,p(K)\mathcal{M}_{n,p}(\mathbb{K}) et par λ\lambda et μ\mu deux scalaires de K\mathbb{K}. On a alors :
t(λA+μB)=λ tA+μ tB^t(\lambda A + \mu B) = \lambda \, ^tA + \mu \, ^tB
De plus, si A∈Mn,p(K)A \in \mathcal{M}_{n,p}(\mathbb{K}) et B∈Mp,q(K)B \in \mathcal{M}_{p,q}(\mathbb{K}), alors on a la relation :
t(AB)=  tB× tA^t(AB) = \,\ ^tB \times \, ^tA
♣♣♣  Le  bino^me  de  Newton{\color{red}{\clubsuit \clubsuit \clubsuit \,\, \bf{Le \,\, binôme \,\, de \,\, Newton}}}
    1)  Introduction\,\,\,\,{\color{blue}{1) \,\, \bf{Introduction}}}
Soit AA et BB deux matrices carrées de l'ensemble Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}). Si les deux matrices AA et BB ne commutent pas (c'est-à-dire si AB≠BAAB \neq BA alors on a :
(A+B)2=A2+AB+BA+B2(A + B)^2 = A^2 + AB + BA + B^2
Donc on doit impérativement tenir compte de l'ordre des facteurs.
Si maintenant on admet que les deux matrices carrées AA et BB commutent entre elles alors on a :
(A+B)2=A2+2AB+B2(A + B)^2 = A^2 + 2AB + B^2
L'hypothèse de commutativité des deux matrices est nécessaire afin de retrouver des relations habituelles comme celles dans K\mathbb{K}.
    2)  Formule\,\,\,\,{\color{blue}{2) \,\, \bf{Formule}}}
Soient AA et BB deux matrices carrées appartenant à l'ensemble Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}). On admet, par hypothèse, que les deux matrices AA et BB commutent entre elles. On désigne par nn un nombre entier naturel. On a alors :
(A+B)n=∑k=0n(nk)AkBn−k(A + B)^n = \sum_{k=0}^{n} \left( \begin{array}{c} n \\ k \end{array}\right) A^k B^{n-k}
Avec (nk)=Cnk=n!k! (n−k)!\left( \begin{array}{c} n \\ k \end{array}\right) = C_n^k = \dfrac{n !}{k ! \, (n-k) !}.
    3)  Exemple  d′usage\,\,\,\,{\color{blue}{3) \,\, \bf{Exemple \,\, d'usage}}}
On note par B=(1101)∈M2(R)B = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{2}(\mathbb{R}) et on désigne par nn un nombre entier naturel. On constate que :
(1101)=(1001)+(0100)   ⟺   B=I2+A\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, B = I_2 + A
avec A=(0100)A = \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} ce qui implique que A2=A×A=(0000)=O2A^2 = A \times A = \begin{pmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} = \mathcal{O}_2.
De fait, on a :
Bn=(I2+A)n=(A+I2)n=∑k=0n(nk)AkI2n−k=∑k=0n(nk)AkI2=∑k=0n(nk)AkB^n = (I_2 + A)^n = (A + I_2)^n = \sum_{k=0}^{n} \left( \begin{array}{c} n \\ k \end{array}\right) A^k I_2^{n-k} = \sum_{k=0}^{n} \left( \begin{array}{c} n \\ k \end{array}\right) A^k I_2 = \sum_{k=0}^{n} \left( \begin{array}{c} n \\ k \end{array}\right) A^k
En tenant compte de la nilpotence de AA, on obtient :
Bn=(n0)A0+(n1)A1=(n0)I2+(n1)A=1 I2+n A=I2+n AB^n = \left( \begin{array}{c} n \\ 0 \end{array}\right) A^0 + \left( \begin{array}{c} n \\ 1 \end{array}\right) A^1 = \left( \begin{array}{c} n \\ 0 \end{array}\right) I_2 + \left( \begin{array}{c} n \\ 1 \end{array}\right) A = 1 \, I_2 + n \, A = I_2 + n \, A
Donc :
Bn=(1001)+n (0100)=(1001)+(0n00)B^n = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} + n \, \begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} + \begin{pmatrix} 0 & n \\ 0 & 0 \end{pmatrix}
Finalement :
Bn=(1n01)B^n = \begin{pmatrix} 1 & n \\ 0 & 1 \end{pmatrix}
♣♣♣♣  Matrice  carreˊe  inversible{\color{red}{\clubsuit \clubsuit \clubsuit \clubsuit \,\, \bf{Matrice \,\, carrée \,\, inversible }}}
    1)  Deˊfinition\,\,\,\,{\color{blue}{1) \,\, \bf{Définition}}}
Soit MM un matrice carrée de l'ensemble Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}). Cette matrice MM est dite inversible s'il existe une matrice V∈Mn(K)V \in \mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}) qui permet d'écrire M×V=V×M=InM \times V = V \times M = I_n. Dans ce cas, la matrice VV est appelée la  matrice  inverse{\color{red}{\bf{la \,\, matrice \,\, inverse}}} de MM et se note M−1M^{-1}.
    2)  Cas  particulier  de  la  matrice  uniteˊ\,\,\,\,{\color{blue}{2) \,\, \bf{Cas \,\, particulier \,\ de \,\, la \,\, matrice \,\, unité}}}
Il est évident que l'on a In×In=InI_n \times I_n = I_n. De fait cela implique que In−1=InI_n^{-1} = I_n.
    3)  Cas  particulier  des  matrices  carreˊs  de  taille  2\,\,\,\,{\color{blue}{3) \,\, \bf{Cas \,\, particulier \,\ des \,\, matrices \,\, carrés \,\, de \,\, taille \,\, 2}}}
Soit aa, bb, cc et dd quatre nombres réels qui satisfont à la condition ad≠bcad \neq bc. Dans ce cas, on a la formule suivante (et très pratique car simple) :
(abcd)−1=1ad−bc(d−b−ca)\begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}^{-1} = \dfrac{1}{ad - bc} \begin{pmatrix} d & -b \\ -c & a \end{pmatrix}
Le terme ad−bcad - bc est le déterminant de la matrice (abcd)\begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} et se note : det⁡(abcd)=∣abcd∣\det \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix} = \begin{vmatrix} a & b \\ c & d \end{vmatrix}.
    4)  Utilisation  d′un  polyno^me  annulateur\,\,\,\,{\color{blue}{4) \,\, \bf{Utilisation \,\, d'un \,\ polynôme \,\, annulateur }}}
Nous allons illustrer la méthode sur un exemple concret.
On considère A=(41−1−6−12211)∈M3(R)A = \begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{3}(\mathbb{R}).
On admet que le polynôme P:x⟼P(x)=−x3+4x2−5x+2P : x \longmapsto P(x) = -x^3 + 4x^2 - 5x + 2 est un polynôme annulateur de la matrice AA.
De fait, on a :
P(A)=O3   ⟺   −A3+4A2−5A+2I3=O3   ⟺   A3−4A2+5A=2I3P(A) = \mathcal{O}_3 \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, -A^3 + 4A^2 - 5A + 2I_3 = \mathcal{O}_3 \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, A^3 - 4A^2 + 5A = 2I_3
Donc :
12(A3−4A2+5A)=I3   ⟺   12(A3−4A2+5AI3)=I3   ⟺   A×12(A2−4A+5I3)=I3\dfrac{1}{2}\left( A^3 - 4A^2 + 5A\right) = I_3 \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \dfrac{1}{2}\left( A^3 - 4A^2 + 5AI_3\right) = I_3 \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, A \times \dfrac{1}{2}\left( A^2 - 4A + 5I_3 \right) = I_3
Mais, on sait que si A−1A^{-1} existe bien, alors A×A−1=I3A \times A^{-1} = I_3. Par identification, on a immédiatement l'expression suivante :
A−1=12(A2−4A+5I3)   ⟺   A−1=12(A×A−4A+5I3)A^{-1} = \dfrac{1}{2}\left( A^2 - 4A + 5I_3 \right) \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, A^{-1} = \dfrac{1}{2}\left( A \times A - 4A + 5I_3 \right)
Soit :
A−1=12((41−1−6−12211)×(41−1−6−12211)−4(41−1−6−12211)+5(100010001))A^{-1} = \dfrac{1}{2}\left( \begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} - 4\begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} + 5\begin{pmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{pmatrix} \right)
Finalement, on trouve que :
A−1=12(−3−21106−2−4−22) A^{-1} = \dfrac{1}{2} \begin{pmatrix} -3 & -2 & 1 \\ 10 & 6 & -2 \\ -4 & -2 & 2 \end{pmatrix}
    5)  Inverse  d′une  matrice  par  inversion  d′un  systeˋme  lineˊaire\,\,\,\,{\color{blue}{5) \,\, \bf{Inverse \,\, d'une \,\ matrice \,\, par \,\, inversion \,\, d'un \,\, système \,\, linéaire }}}
Le principe de cette méthode est le suivant.
Soit nn un nombre entier naturel supérieur ou égal à deux. Soit MM une matrice carrée appartenant à l'ensemble Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}). On suppose que cette matrice MM soit inversible.
On désigne par XX et YY deux matrices colonnes qui appartiennent à l'ensemble Mn,1(K)\mathcal{M}_{n,1}(\mathbb{K}).
On a alors :
Y=MX   ⟺   M−1Y=M−1MX   ⟺   M−1Y=InX   ⟺   M−1Y=XY = MX \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, M^{-1} Y = M^{-1}MX \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, M^{-1} Y = I_n X \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, M^{-1} Y = X
Dans la pratique, il suffit de poser X=(x1⋮xn)X = \begin{pmatrix} x_1 \\ \vdots \\ x_n \end{pmatrix} et Y=(y1⋮yn)Y = \begin{pmatrix} y_1 \\ \vdots \\ y_n \end{pmatrix}.
    6)  Exemple\,\,\,\,{\color{blue}{6) \,\, \bf{Exemple }}}
Illustrons cette méthode avec la matrice A=(41−1−6−12211)∈M3(R)A = \begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{3}(\mathbb{R}). On a :
Y=AX   ⟺   (y1y2y3)=(41−1−6−12211)×(x1x2x3)   ⟺   {y1=4x1+x2−x3y2=−6x1−x2+2x3y3=2x1+x2+x3Y = A X \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} \times \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_1 & = & 4 x_1 + x_2 - x_3 \\ y_2 & = & -6 x_1 - x_2 + 2 x_3 \\ y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ \end{array} \right.
Soit encore :
{y3=2x1+x2+x3y1=4x1+x2−x3y2=−6x1−x2+2x3   ⟺   {y3=2x1+x2+x32y3−y1=0x1+x2+3x33y3+y2=0x1+2x2+5x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ y_1 & = & 4 x_1 + x_2 - x_3 \\ y_2 & = & -6 x_1 - x_2 + 2 x_3 \end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 2y_3 - y_1 & = & 0 x_1 + x_2 + 3 x_3 \\ 3y_3 + y_2 & = & 0 x_1 + 2 x_2 + 5 x_3 \end{array} \right.
Ainsi :
{y3=2x1+x2+x32(2y3−y1)=0x1+2x2+6x33y3+y2=0x1+2x2+5x3   ⟺   {y3=2x1+x2+x34y3−2y1=0x1+2x2+6x3(4y3−2y1)−(3y3+y2)=0x1+0x2+x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 2(2y_3 - y_1) & = & 0 x_1 + 2 x_2 + 6 x_3 \\ 3y_3 + y_2 & = & 0 x_1 + 2 x_2 + 5 x_3 \end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 4y_3 - 2y_1 & = & 0 x_1 + 2 x_2 + 6 x_3 \\ (4y_3 - 2y_1) - (3y_3 + y_2) & = & 0 x_1 + 0 x_2 + x_3 \end{array} \right.
Donc :
{y3=2x1+x2+x34y3−2y1=0x1+2x2+6x3−2y1−y2+y3=x3   ⟺   {y3=2x1+x2+x34y3−2y1=0x1+2x2+6(−2y1−y2+y3)−2y1−y2+y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 4y_3 - 2y_1 & = & 0 x_1 + 2 x_2 + 6 x_3 \\ -2 y_1 - y_2 + y_3 & = & x_3 \end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 4y_3 - 2y_1 & = & 0 x_1 + 2 x_2 + 6 (-2 y_1 - y_2 + y_3) \\ -2 y_1 - y_2 + y_3 & = & x_3 \end{array} \right.
Soit :
{y3=2x1+x2+x34y3−2y1=0x1+2x2−12y1−6y2+6y3−2y1−y2+y3=x3   ⟺   {y3=2x1+x2+x310y1+6y2−2y3=2x2−2y1−y2+y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 4y_3 - 2y_1 & = & 0 x_1 + 2 x_2 - 12 y_1 - 6y_2 + 6y_3 \\ -2 y_1 - y_2 + y_3 & = & x_3 \end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 10 y_1 + 6 y_2 - 2y_3 & = & 2 x_2 \\ -2 y_1 - y_2 + y_3 & = & x_3 \end{array} \right.
Soit encore :
{y3=2x1+x2+x35y1+3y2−y3=x2−2y1−y2+y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + x_2 + x_3 \\ 5 y_1 + 3 y_2 - y_3 & = & x_2 \\ -2 y_1 - y_2 + y_3 & = & x_3 \end{array} \right.
Ce qui nous permet d'écrire que :
{y3=2x1+5y1+3y2−y3−2y1−y2+y35y1+3y2−y3=x2−2y1−y2+y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} y_3 & = & 2 x_1 + 5 y_1 + 3 y_2 - y_3 - 2 y_1 - y_2 + y_3 \\ 5 y_1 + 3 y_2 - y_3 & = & x_2 \\ -2 y_1 - y_2 + y_3 & = & x_3 \end{array} \right.
On obtient alors :
{−3y1−2y2+y3=2x15y1+3y2−y3=x2−2y1−y2+y3=x3\left\lbrace \begin{array}{rcl} - 3 y_1 - 2 y_2 + y_3 & = & 2 x_1 \\ 5 y_1 + 3 y_2 - y_3 & = & x_2 \\ -2 y_1 - y_2 + y_3 & = & x_3 \end{array} \right.
De fait on va écrire que :
{−3y1−2y2+y3=2x110y1+6y2−2y3=2x2−4y1−2y2+4y3=2x3   ⟺   (−3−21106−2−4−22)(y1y2y3)=2(x1x2x3)\left\lbrace \begin{array}{rcl} - 3 y_1 - 2 y_2 + y_3 & = & 2 x_1 \\ 10 y_1 + 6 y_2 - 2 y_3 & = & 2x_2 \\ -4 y_1 - 2 y_2 + 4 y_3 & = & 2x_3 \end{array} \right. \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \begin{pmatrix} -3 & -2 & 1 \\ 10 & 6 & -2 \\ -4 & -2 & 2 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} = 2 \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix}
D'où :
12(−3−21106−2−4−22)(y1y2y3)=(x1x2x3)   ⟺   A−1Y=X\dfrac{1}{2} \begin{pmatrix} -3 & -2 & 1 \\ 10 & 6 & -2 \\ -4 & -2 & 2 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} y_1 \\ y_2 \\ y_3 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{pmatrix} \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, A^{-1} Y = X
Avec :
A−1=12(−3−21106−2−4−22)A^{-1} = \dfrac{1}{2} \begin{pmatrix} -3 & -2 & 1 \\ 10 & 6 & -2 \\ -4 & -2 & 2 \end{pmatrix}
On retrouve bien le même résultat qu'avec la méthode précédente du polynôme annulateur.
    7)  Meˊthode  avec  la  comatrice\,\,\,\,{\color{blue}{7) \,\, \bf{Méthode \,\, avec \,\, la \,\, comatrice }}}
Nous allons présenter la méthode générale pour inverser une matrice. Cependant elle est fastidieuse à mettre en place. Cette méthode repose essentiellement sur la maîtrise du calcul de déterminant.
Soit nn un nombre entier naturel supérieur ou égal à 22. Soit ii et jj deux nombres entiers naturels compris entre 11 et nn.
On désigne par AA une matrice de l'ensemble Mn(K)\mathcal{M}_{n}(\mathbb{K}).
On notera par ai,ja_{i,j} les éléments constitutifs de la matrice AA.
On désignera par AijA_{ij} la matrice obtenue, à partir de AA, en supprimant la ligne ii et la colonne jj.
Le déterminant de la matrice AijA_{ij}, noté det⁡Aij{\color{blue}{\det A_{ij}}} ou encore ∣Aij∣{\color{blue}{|A_{ij}|}}, s'appelle le mineur{\color{blue}{mineur}} de l'élément matriciel ai,ja_{i,j}.
On appelle le cofacteur{\color{red}{cofacteur}}, de l'élément matriciel ai,ja_{i,j}, le nombre noté cij{\color{red}{c_{ij}}} qui vaut cij=(−1)i+j×det⁡Aij{\color{red}{c_{ij} = (-1)^{i+j} \times {\color{blue}{\det A_{ij}}}}}.
On appelle comatrice{\color{green}{comatrice}} de AA, notée comA{\color{green}{\mathrm{com}A}}, la matrice de l'ensemble de tous les  cofacteurs{\color{green}{les \,\, cofacteurs}} de AA.
Si le  deˊterminant  de  la  matrice  A  est  non  nul{\color{red}{\bf{le \,\, déterminant \,\ de \,\, la \,\, matrice \,\, {\it{A}} \,\, est \,\, non \,\, nul}}} alors la matrice inverse A−1A^{-1} existe et on a la formule générale suivante :
A−1=1det⁡A× tcomA{\color{red}{\boxed{A^{-1} = \dfrac{1}{\det A} \times \, ^t\mathrm{com}A }}}
    8)  Exemple\,\,\,\,{\color{blue}{8) \,\, \bf{Exemple }}}
Illustrons cette méthode avec la matrice A=(41−1−6−12211)∈M3(R)A = \begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{3}(\mathbb{R}).
A l'aide de la règle de Sarrus, puisque nous avons une matrice de taille (3 ; 3)(3\,;\,3), on obtient le déterminant de AA. On a :
det⁡A=4×(−1)×1+1×2×2+(−1)×(−6)×1−2×(−1)×(−1)−1×2×4−1×(−6)×1\det A = 4 \times (-1) \times 1 + 1 \times 2 \times 2 + (-1) \times(-6) \times 1 - 2\times (-1) \times (-1) - 1 \times 2 \times 4 - 1 \times (-6) \times 1
Soit :
det⁡A=−4+4+6−2−8+6=12−10=2\det A = -4 + 4 + 6 - 2 - 8 + 6 = 12 - 10 = 2
Il nous faut maintenant déterminer les différents coffacteurs.
∙  \bullet \,\, Pour la première ligne :
     ⋆  \,\,\,\,\, \star \,\, Pour la première colonne (élément 44)
On a c11=(−1)1+1×∣−1211∣=∣−1211∣=−1−2=−3c_{11} = (-1)^{1+1} \times \begin{vmatrix} -1 & 2 \\ 1 & 1 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} -1 & 2 \\ 1 & 1 \end{vmatrix} = -1-2=-3
     ⋆⋆  \,\,\,\,\, \star \star \,\, Pour la deuxième colonne (élément 11)
On a c12=(−1)1+2×∣−6221∣=−∣−6221∣=6+4=10c_{12} = (-1)^{1+2} \times \begin{vmatrix} -6 & 2 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = -\begin{vmatrix} -6 & 2 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = 6+4=10
     ⋆⋆⋆  \,\,\,\,\, \star \star \star \,\, Pour la troisième colonne (élément −1-1)
On a c13=(−1)1+3×∣−6−121∣=∣−6−121∣=−6+2=−4c_{13} = (-1)^{1+3} \times \begin{vmatrix} -6 & -1 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} -6 & -1 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = -6+2=-4
∙∙  \bullet \bullet \,\, Pour la deuxième ligne :
     ⋆  \,\,\,\,\, \star \,\, Pour la première colonne (élément −6-6)
On a c21=(−1)2+1×∣1−111∣=−∣1−111∣=−1−1=−2c_{21} = (-1)^{2+1} \times \begin{vmatrix} 1 & -1 \\ 1 & 1 \end{vmatrix} = -\begin{vmatrix} 1 & -1 \\ 1 & 1 \end{vmatrix} = -1-1=-2
     ⋆⋆  \,\,\,\,\, \star \star \,\, Pour la deuxième colonne (élément −1-1)
On a c22=(−1)2+2×∣4−121∣=∣4−121∣=4+2=6c_{22} = (-1)^{2+2} \times \begin{vmatrix} 4 & -1 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} 4 & -1 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = 4+2=6
     ⋆⋆⋆  \,\,\,\,\, \star \star \star \,\, Pour la troisième colonne (élément 22)
On a c23=(−1)2+3×∣4121∣=−∣4121∣=−4+2=−2c_{23} = (-1)^{2+3} \times \begin{vmatrix} 4 & 1 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = -\begin{vmatrix} 4 & 1 \\ 2 & 1 \end{vmatrix} = -4+2=-2
∙∙∙  \bullet \bullet \bullet \,\, Pour la troisième ligne :
     ⋆  \,\,\,\,\, \star \,\, Pour la première colonne (élément 22)
On a c31=(−1)3+1×∣1−1−12∣=∣1−1−12∣=2−1=1c_{31} = (-1)^{3+1} \times \begin{vmatrix} 1 & -1 \\ -1 & 2 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} 1 & -1 \\ -1 & 2 \end{vmatrix} = 2-1=1
     ⋆⋆  \,\,\,\,\, \star \star \,\, Pour la deuxième colonne (élément 11)
On a c32=(−1)3+2×∣4−1−62∣=−∣4−1−62∣=−8+6=−2c_{32} = (-1)^{3+2} \times \begin{vmatrix} 4 & -1 \\ -6 & 2 \end{vmatrix} = -\begin{vmatrix} 4 & -1 \\ -6 & 2 \end{vmatrix} = -8+6=-2
     ⋆⋆⋆  \,\,\,\,\, \star \star \star \,\, Pour la troisième colonne (élément 11)
On a c33=(−1)3+3×∣41−6−1∣=∣41−6−1∣=−4+6=2c_{33} = (-1)^{3+3} \times \begin{vmatrix} 4 & 1 \\ -6 & -1 \end{vmatrix} = \begin{vmatrix} 4 & 1 \\ -6 & -1 \end{vmatrix} = -4+6=2
Ainsi l'expression de la comatrice de AA est :
comA=(−310−4−26−21−22)   ⟹   tcomA=(−3−21106−2−4−22)\mathrm{com}A = \begin{pmatrix} -3 & 10 & -4 \\ -2 & 6 & -2 \\ 1 & -2 & 2 \end{pmatrix} \,\,\, \Longrightarrow \,\,\, ^t\mathrm{com}A = \begin{pmatrix} -3 & -2 & 1 \\ 10 & 6 & -2 \\ -4 & -2 & 2 \end{pmatrix}
Ce qui nous permet d'obtenir :
A−1=12(−3−21106−2−4−22)A^{-1} = \dfrac{1}{2} \begin{pmatrix} -3 & -2 & 1 \\ 10 & 6 & -2 \\ -4 & -2 & 2 \end{pmatrix}
On retrouve bien le même résultat qu'avec les deux méthodes précédentes du polynôme annulateur et de l'inversion d'un système.
♣♣♣♣♣  Le  rang  d′une  Matrice{\color{red}{\clubsuit \clubsuit \clubsuit \clubsuit \clubsuit \,\, \bf{Le \,\, rang \,\, d'une \,\, Matrice }}}
    9)  Deˊfinition\,\,\,\,{\color{blue}{9) \,\, \bf{Définition }}}
L'élimination de Gauss−Jordan{\it{Gauss-Jordan}}, aussi appelée méthode du pivot de Gauss{\it{Gauss}} (en hommage à Carl  Friedrich  Gauss\it{Carl \,\, Friedrich \,\, Gauss} et WilhelmJordan\it{Wilhelm Jordan}, est un algorithme qui permet de déterminer les solutions d'un système d'équations linéaires, pour déterminer le rang d'une matrice ou pour calculer l'inverse d'une matrice (carrée) inversible. Lorsqu'on applique l'élimination de Gauss à une matrice, on obtient sa forme échelonnée réduite, souvent appelée reˊduite  de  Gauss{\color{red}{\bf{ réduite \,\, de \,\, Gauss}}}.
On appelle le  rang{\color{red}{\bf{ le \,\, rang }}} d’une matrice AA le nombre de lignes non entièrement nulles dans sa reˊduite  de  Gauss{\color{red}{\bf{ réduite \,\, de \,\, Gauss}}}. On le note, le plus souvent, par rg(A)\mathrm{rg}(A) ou Rg(A)\mathrm{Rg}(A) ou encore rang(A)\mathrm{rang}(A).
    10)  Exemple\,\,\,\,{\color{blue}{10) \,\, \bf{Exemple }}}
Illustrons ceci avec la matrice A=(41−1−6−12211)∈M3(R)A = \begin{pmatrix} 4 & 1 & -1 \\ -6 & -1 & 2 \\ 2 & 1 & 1 \end{pmatrix} \in \mathcal{M}_{3}(\mathbb{R}). On va commencer par multiplier chaque ligne pour qu'elle débute par 1212. On a alors :
(123−3122−41266)\begin{pmatrix} 12 & 3 & -3 \\ 12 & 2 & -4 \\ 12 & 6 & 6 \end{pmatrix}
Puis, on remplace la deuxième ligne par la première moins la deuxième et concernant le troisième, elle sera remplacée par la première moins la troisième. On a alors :
(123−30110−3−9)\begin{pmatrix} 12 & 3 & -3 \\ 0 & 1 & 1 \\ 0 & -3 & -9 \end{pmatrix}
On multiplie par 33 la deuxième ligne. On trouve alors :
(123−30330−3−9)\begin{pmatrix} 12 & 3 & -3 \\ 0 & 3 & 3 \\ 0 & -3 & -9 \end{pmatrix}
Puis, on remplace la troisième ligne par la somme de la deuxième avec la troisième. On obtient donc :
(123−303300−6)\begin{pmatrix} 12 & 3 & -3 \\ 0 & 3 & 3 \\ 0 & 0 & -6 \end{pmatrix}
C'est une reˊduite  de  Gauss{\color{red}{\bf{ réduite \,\, de \,\, Gauss}}} associée à AA.
On constate qu'il y a trois lignes non entièrement nulles. De fait, on va donc conclure que rang(A)=3\mathrm{rang}(A) = 3.


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