Chapitres Maths en MPSI, PCSI, MP2I, PTSI
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Les Matrices, cours de Maths Sup MPSI, MP2I, PCSI, PTSI
Découvrez avec ce cours en ligne en Maths Sup, un cours complet sur le chapitre des matrices. Un chapitre important dans le programme de maths en Maths Sup, mais un chapitre également très important pour obtenir de bons résultats aux concours post-prépa pour intégrer les écoles d’ingénieurs les plus réputées de France. Beaucoup d’étudiants en maths sup recherchent un prof de maths à domicile pour maîtriser les matrices et bien plus.
A. Matrices de type
à coefficients dans
.
On suppose que
et
sont deux éléments de
.
1. Définitions des matrices en Maths Sup
Soient
et
,
avec ![]()
et
.
est définie par
![]()
où si
et
,
.
Si
,
est définie par ![]()
où si
et
,
.
Lorsque
, l’ensemble
est noté
.
2. Propriétés de matrices en Maths Sup
P1 :
est un
–espace vectoriel.
P2 : Si
,
on définit ![]()
par ![]()
i.e. tous les éléments de
sont nuls sauf celui situé en ligne
et colonne
qui est égal à 1.
On note
.
La famille
est une base de
, appelée base canonique de
.
.
P3 : Décomposition de
:
![]()
.
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B. Produit matriciel en Maths Sup
1. Définition du produit matriciel en Maths Sup
Si
et
,
où ![]()
et
,
on définit ![]()
par ![]()
où si
et
,
.
2. Produit d’une matrice de type
par une matrice colonne
, ![]()
, ![]()
alors
, ![]()
si
,
.
3. Propriétés d’un prpduit matriciel
Si les produits et sommes sont définis, et si
,



.
C. Cas des matrices carrées d’ordre
en Maths Sup
1. Définitions des matrices carrées d’ordre 
Si
,
a) les éléments
forment la diagonale de
. On dit que ce sont les éléments diagonaux de
.
b)
est dite diagonale lorsque
.
c)
est dite triangulaire supérieure lorsque
tels que
.
d)
est dite triangulaire inférieure lorsque
tels que
.
e)
est dite triangulaire si elle est triangulaire supérieure ou inférieure.
2. Propriétés du produit matriciel en Maths Sup
Le produit matriciel dans
s’écrit :
si
et
,
est défini et
.
Si
et
,
![]()
où
,
.
D : On définit la matrice unité d’ordre
par
.
Rappel : ![]()
P1 :
est un anneau.
Si
,
- associativité de la multiplication

- distributivité de la multiplication


- la matrice
est élément neutre pour la multiplication : 
.
P2 : Si
,
.
Si
,
.
3. Puissance
-ième d’une matrice carrée
D : Si
, on définit par récurrence :
et si
.
(si
, on démontre que
est le produit de
matrices
.)
Formule du binôme de Newton.
Si
vérifie
, pour tout
,
.
4. Base canonique de 
D : Si
, on définit
par ![]()
i.e. tous les éléments de
sont nuls sauf celui situé en ligne
et colonne
qui est égal à 1.
P1 : On note
.
La famille
est une base, dite base canonique, de
.
.
P2 : Décomposition de
:
.
P3 : Produit de deux éléments de la base canonique.
Si
,
.
5. Sous-espaces vectoriels particuliers en Maths Sup
P1 : L’ensemble
des matrices carrées d’ordre
diagonales à coefficients dans
est un s.e.v de
de dimension
. Il est stable par produit.
P2 : L’ensemble
des matrices carrées d’ordre
triangulaires supérieures à coefficients dans
est un s.e.v de
de dimension
. Il est stable par produit.
P3 : Il en est de même de l’ensemble
des matrices carrées d’ordre
triangulaires inférieures à coefficients dans
.
6. Matrices inversibles en Maths Sup
P : On note
l’ensemble des matrices carrées d’ordre
à coefficients dans
inversibles.
est un groupe appelé groupe linéaire d’ordre
à coefficients dans
.
et son inverse est
.- Si
,
et
. - Si
,
et son inverse est égal à
.
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D. Matrices et applications linéaires
1. Matrice d’une famille de vecteurs
Soit
un
-espace vectoriel de base
.
Soit
une famille de
.
La matrice de la famille
dans la base
est la matrice
de type
telle que pour tout
, la
-ème colonne de
est formée des coordonnées de
dans la base
.
2. Matrice de 
D1 : La matrice de
dans les bases
de
et
de
est une matrice notée
ou ![]()
de type ![]()
où
,
.
Pour retenir : Les coordonnées de
dans la base
forment la
-ème colonne de
.
P1 : L’application
, ![]()
est un isomorphisme d’espaces vectoriels.
.
3. Matrice d’un endomorphisme
D2 : La matrice de
dans la base
de
est une matrice carrée d’ordre
où
que l’on note
ou
.
avec
,
.
Pour retenir : Les coordonnées de
dans la base
forment la
-ème colonne de
.
P2 : L’application
, ![]()
est un isomorphisme d’espaces vectoriels.
![]()
4. Application linéaire canonique- ment associée à 
D3 : C’est l’unique application linéaire
dont la matrice dans les bases canoniques
de
et
de
est égale à
,
soit
,
.
5. Endomorphisme canoniquement associé à 
D4 : C’est l’unique endomorphisme
dont la matrice dans la base canonique
de
est égale à
,
soit
,
.
6. Produit matriciel et applications linéaires
Soient
,
et
trois
-espaces vectoriels de bases respectives
,
,
.
P4 : Si
et
,
![]()
soit
.
P5 : Si
et si
,
![]()
soit
.
P6 : Si
et
,
.
P7 : Si
,
.
7. Noyau, image et rang d’une matrice
D5 : Soient
et
l’application linéaire canoniquement associée à
.
- On appelle noyau de la matrice
le noyau de
, c’est donc un sev de
. On le note
. - On appelle image de
l’image de
. C’est donc un sev de
.
On le note
.
D6 : Soient
et
l’application linéaire canoniquement associée à
.
On appelle rang de
le rang de
.
C’est le nombre maximal de vecteurs colonnes de
formant une famille libre. On le note
.
P8 : Soit
.
si
,
![]()
si
, ![]()
si
,
.
P9 : Soit
un
-ev de base ![]()
Le rang de la famille
de
est le rang de la matrice
de
dans la base
.
P10 : Soient
et
sa matrice dans les bases
et
,
.
8. Compléments sur les matrices inversibles
T1 : Soit
.
Il y a équivalence entre
1.
est inversible.
2. ![]()
3. L’endomorphisme
canoniquement associé à
est un automorphisme
4. Pour tout
de matrice
dans des bases
et
,
est un isomorphisme de
sur
.
5. ![]()
6.
telle que ![]()
7.
telle que ![]()
Dans ce cas
.
P11 : Soit
une matrice triangulaire.
est inversible ssi le produit des termes diagonaux de
est non nul.
L’inverse d’une matrice triangulaire supérieure (resp. inférieure) est triangulaire supérieure (resp. inférieure).
Les épreuves de mathématiques sont les épreuves de concours avec le coefficient le plus élevé. Les impasses sur les chapitres de maths en Maths Sup sont donc à proscrire. Pour se rendre compte de l’importance des mathématiques dans chaque concours, il est possible de consulter le simulateur d’admissibilité aux concours CPGE. Utiliser les cours en ligne et exercices corrigés de Maths Sup est une bonne solution pour préparer sa rentrée en Maths Spé. Quelques exemples de cours à bien travailler :
