Les matrices

2         Opérations sur les matrices

2.1    Addition de deux matrices

Définition

Soient deux matrices  et  toutes deux de dimension  ;

On additionne terme à terme pour obtenir :  de dimension .

 

Exemple 1

Soient  et . Calculer . Réponse.

 

Propriétés

Soient A, B et C trois matrices de dimension  et 0 la matrice  dont les éléments sont tous égaux à 0.

(i)                                   (associativité)

(ii)                        (élément neutre)

(iii)                   (opposé)

(iv)                        (commutativité)

 

Remarque :

Par exemple, si , alors .

2.2   Multiplication d’une matrice par un scalaire

Définition

Soient  une matrice de dimension  et . On définit la matrice  comme matrice dont tous les coefficients sont multipliés par  : .

 est aussi de dimension .

 

Exemple 2

Soient  et . Calculer . Réponse.

 

Remarque :

 

Propriétés

Soient A et B deux matrices de dimension  et  deux réels.

(i)          

(ii)         

(iii)       

(iv)         et          (ne pas confondre 0 scalaire et 0 matrice)

 

Conséquence

Compte tenu des propriétés ci-dessus, l’ensemble des matrices de dimension , muni des deux lois précédemment définies, est un espace vectoriel.


2.3   Multiplication de matrices

Définition

Soient  une matrice  et  une matrice  le produit des deux matrices  a pour dimension  et s’écrit :

 avec , pour  et

 

Remarque

Le produit AB n’est donc possible que si le nombre de colonnes de A est égal au nombre de lignes de B (p).

 

Application au cas de deux matrices (2,2)

A=  et B=

C=  soit C=

 

Moyen mnémotechnique

 

Exemple 3

Soient A=  et B= . Calculer AB. Réponse.

 


Remarques

En général, la multiplication de deux matrices n’est pas commutative :

·        Si AB existe, BA n’existe pas forcément.

·        Si BA existe, alors généralement .

 

Exemple 3 (suite)

Vérifier avec les matrices A et B précédentes que . Réponse.

 

Propriétés

Soient , , ,  et  :

(i)                                     ® associativité [matrice de dimension  ]

(ii)                            ® distributivité à gauche [matrice de dimension  ]

(iii)                           ® distributivité à droite [matrice de dimension  ]

2.4       Transposition de matrice

Définition

Soit , la matrice transposée de A notée  ou  est la matrice obtenue en écrivant les lignes de A en colonnes :

Si A a pour dimension  alors  a pour dimension .

Exemple 4

Soit . Calculer . Réponse.

 

Propriétés
Soient , ,  trois matrices et soit  :

(i)        

(ii)          

(iii)        

(iv)        

 

Exemple 5 (propriété (i))

Soient  et . Vérifier que . Réponse.

 

Exemple 6 (propriété (iv))

Soient  et . Vérifier que . Réponse.