QCM : Calcul matriciel et déterminants (10 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Une matrice possède quatre lignes et quatre colonnes : que peut-on conclure sur son ordre ?

Son ordre est huit.
Son ordre dépend de ses coefficients.
Son ordre est seize.
Son ordre est quatre.

Son ordre est quatre.

Explication

Une matrice carrée a autant de lignes que de colonnes, et son ordre est égal à son nombre de lignes. Le nombre total de coefficients, ici seize, ne détermine pas l’ordre.

2. Pour une matrice carrée A d’ordre n, quel rôle joue la matrice unité I d’ordre n dans le produit matriciel ?

Elle laisse A inchangée à gauche comme à droite.
Elle échange les lignes et les colonnes de A.
Elle remplace chaque coefficient de A par zéro.
Elle multiplie chaque coefficient de A par n.

Elle laisse A inchangée à gauche comme à droite.

Explication

La matrice unité a des 1 sur la diagonale et des 0 ailleurs, et vérifie AI = IA = A. Une matrice nulle, contrairement à la matrice unité, annulerait le produit avec A.

3. Deux matrices de types (2,3) (2,3) et (2,3) (2,3) sont additionnées : comment leurs coefficients déterminent-ils la somme ?

Chaque coefficient est le produit des coefficients correspondants.
Chaque coefficient est la somme des coefficients correspondants.
Chaque coefficient est obtenu en multipliant une matrice par un scalaire.
Chaque coefficient est la somme d’une ligne et d’une colonne.

Chaque coefficient est la somme des coefficients correspondants.

Explication

La somme de matrices de même type s’obtient en additionnant les coefficients situés aux mêmes positions. La condition de dimensions intérieures égales concerne le produit matriciel, et non l’addition.

4. Deux matrices A et B vérifient AB = 0 : quelle conclusion est valide en général ?

A ou B peut être non nulle malgré ce produit nul.
Les matrices A et B sont nécessairement de même type.
Le produit BA est nécessairement égal à zéro.
A et B sont nécessairement toutes deux nulles.

A ou B peut être non nulle malgré ce produit nul.

Explication

Le produit matriciel ne possède pas la propriété d’annulation : AB nul n’impose pas qu'A ou B soit nulle. L’affirmation que les deux matrices doivent être nulles transpose à tort une propriété du produit scalaire usuel.

5. Qu’appelle-t-on une matrice élémentaire associée à une opération élémentaire sur les lignes ?

La matrice obtenue en appliquant toutes les opérations élémentaires à la matrice unité
La matrice obtenue en appliquant cette opération à la matrice unité
La matrice obtenue en appliquant cette opération à une matrice quelconque
La matrice inverse de celle qui représente cette opération sur les colonnes

La matrice obtenue en appliquant cette opération à la matrice unité

Explication

Une matrice élémentaire est construite en effectuant sur la matrice unité l’opération élémentaire considérée sur les lignes. Appliquer cette opération à une matrice quelconque ne définit pas, en soi, la matrice élémentaire associée.

6. Dans le calcul d’un déterminant d’ordre trois par développement selon une ligne, comment chaque élément de cette ligne contribue-t-il au résultat ?

Par son produit avec le mineur signé correspondant, puis en additionnant ces termes
Par son produit avec le mineur non signé correspondant, puis en soustrayant ces termes
Par son quotient par le mineur signé correspondant, puis en additionnant ces quotients
Par son produit avec le mineur de la ligne suivante, puis en alternant les signes

Par son produit avec le mineur signé correspondant, puis en additionnant ces termes

Explication

Le développement d’un déterminant d’ordre trois additionne les produits de chaque élément d’une ligne par son cofacteur, c’est-à-dire son mineur signé. Utiliser les mineurs non signés sans tenir compte des signes ne donne pas, en général, le déterminant.

7. Quel est le rôle du facteur (−1)i+j(-1)^{i+j} dans le calcul du cofacteur de l’élément situé en ligne ii et en colonne jj ?

Il indique le nombre de termes à retenir dans le développement.
Il multiplie le mineur par le nombre de lignes de la matrice.
Il attribue au mineur un signe qui dépend de la position de l’élément.
Il transforme le mineur en déterminant de la matrice transposée.

Il attribue au mineur un signe qui dépend de la position de l’élément.

Explication

Ce facteur détermine le signe à appliquer au mineur pour former le cofacteur, selon la parité de i+ji+j. Le mineur n’est pas multiplié par le nombre de lignes : la taille de la matrice ne fixe pas ce signe.

8. Pour une matrice carrée inversible A, quelle différence distingue la formule de l’inverse de la règle de Cramer pour résoudre AX = b ?

L’inverse remplace une colonne de A par b, tandis que Cramer utilise la comatrice divisée par le déterminant de A.
L’inverse utilise les déterminants des matrices obtenues en remplaçant chaque ligne, tandis que Cramer divise la comatrice par le déterminant de A.
L’inverse divise la comatrice par le déterminant de la matrice obtenue avec b, tandis que Cramer calcule le déterminant de A.
L’inverse utilise la comatrice divisée par le déterminant de A, tandis que Cramer remplace une colonne de A par b.

L’inverse utilise la comatrice divisée par le déterminant de A, tandis que Cramer remplace une colonne de A par b.

Explication

La formule de l’inverse fait intervenir la comatrice de A et le facteur réciproque de det A, alors que la règle de Cramer calcule chaque composante en remplaçant la colonne correspondante par b. Remplacer une colonne par b ne constitue donc pas la formule générale de l’inverse.

9. Si l’on transpose une matrice rectangulaire, quel effet cette opération a-t-elle sur le nombre de lignes et de colonnes ?

Elle transforme la matrice en une matrice carrée de même ordre.
Elle échange le nombre de lignes et le nombre de colonnes.
Elle conserve les dimensions et inverse l’ordre des coefficients.
Elle conserve le nombre de lignes et remplace les colonnes par des zéros.

Elle échange le nombre de lignes et le nombre de colonnes.

Explication

La transposition échange les lignes et les colonnes, si bien qu’une matrice de type (m, n) devient de type (n, m). La conservation des dimensions ne décrit pas l’effet général de cette opération.

10. On veut calculer le produit d’une matrice A de type (3, 2) par une matrice B de type (2, 4). Quel sera le type de AB ?

(2, 4), car le produit conserve le type de B
(3, 4), car les dimensions intérieures coïncident
(2, 2), car les dimensions intérieures déterminent le résultat
(3, 2), car le produit conserve le type de A

(3, 4), car les dimensions intérieures coïncident

Explication

Le produit est défini puisque le nombre de colonnes de A égale le nombre de lignes de B, et son type est déterminé par les dimensions extérieures : trois lignes et quatre colonnes. Le type de A ne se conserve pas nécessairement dans le produit.

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Comment calcule-t-on la somme de deux matrices de même type ?

On additionne leurs coefficients correspondants.

Quels coefficients une matrice diagonale possède-t-elle hors de sa diagonale ?

Des coefficients nuls.

Comment obtient-on la transposée d’une matrice ?

En échangeant ses lignes et ses colonnes.

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