QCM : Maîtrise des matrices et applications linéaires — 14 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans une base donnée, comment s’écrit la matrice d’un vecteur ?

Comme une matrice dont les lignes sont ses coordonnées
Comme une matrice carrée de ses composantes
Comme une colonne formée par ses coordonnées
Comme une ligne formée par ses coordonnées

Comme une colonne formée par ses coordonnées

Explication

La matrice d’un vecteur dans une base est la colonne de ses coordonnées. Les coordonnées ne sont pas disposées en ligne dans cette définition.

2. Dans une base fixée, que représente la matrice associée à une famille de vecteurs ?

Chaque ligne contient les coordonnées d’un vecteur de la famille
Chaque colonne contient les coordonnées d’un vecteur de la famille
Elle dépend du produit scalaire choisi sur l’espace
Elle est forcément carrée si la famille est libre

Chaque colonne contient les coordonnées d’un vecteur de la famille

Explication

La matrice d’une famille place les coordonnées de chaque vecteur en colonne. Sa forme n’impose pas qu’elle soit carrée, ni qu’elle dépende d’un produit scalaire.

3. Comment obtient-on la matrice d’une application linéaire relativement à deux bases ?

En écrivant les vecteurs de la base d’arrivée dans la base de départ
En écrivant les images des vecteurs de la base de départ dans la base d’arrivée
En prenant les coordonnées des vecteurs de la base de départ dans la base d’arrivée
En appliquant l’application à une base quelconque de l’espace d’arrivée

En écrivant les images des vecteurs de la base de départ dans la base d’arrivée

Explication

Les colonnes de la matrice sont les coordonnées des images des vecteurs de la base de départ, exprimées dans la base d’arrivée. C’est ce qui relie directement l’application à sa matrice.

4. Quelle est la matrice de l’identité d’un espace dans une base donnée ?

La matrice nulle
Une matrice diagonale quelconque
La matrice identité
Une matrice de passage

La matrice identité

Explication

L’identité envoie chaque vecteur de base sur lui-même, donc sa matrice est l’identité. Ce n’est pas une matrice nulle ni une matrice de passage.

5. Si la matrice d’une application linéaire est notée A et les coordonnées d’un vecteur d’entrée sont X, que donnent les coordonnées du vecteur image ?

Le produit AX
La somme A + X
Le produit A inversée fois X
Le produit XA

Le produit AX

Explication

Les coordonnées de l’image s’obtiennent par multiplication matricielle : Y = AX. Cela évite de recalculer l’application sur la décomposition complète du vecteur.

6. Dans le calcul des coordonnées de l’image d’un vecteur, quel avantage offre l’écriture matricielle ?

Elle permet d’obtenir directement les coordonnées de l’image sans recalculer toute la décomposition
Elle donne toujours les coordonnées dans la base canonique
Elle remplace toute application linéaire par une application non linéaire
Elle dispense de connaître la base de départ

Elle permet d’obtenir directement les coordonnées de l’image sans recalculer toute la décomposition

Explication

La formule matricielle donne directement les coordonnées de l’image à partir de celles du vecteur de départ. La base d’arrivée reste nécessaire pour interpréter le résultat.

7. Comment caractérise-t-on le noyau d’une application linéaire ?

Par l’ensemble des vecteurs envoyés sur le vecteur nul
Par l’ensemble des vecteurs invariants
Par l’ensemble des vecteurs obtenus comme images
Par l’ensemble des vecteurs de base du codomaine

Par l’ensemble des vecteurs envoyés sur le vecteur nul

Explication

Le noyau est l’ensemble des vecteurs x tels que f(x)=0. L’image, au contraire, regroupe les vecteurs atteignables par f.

8. Dans une base orthonormée du plan, quelle est la nature de la transformation décrite par une rotation d’angle θ ?

Une symétrie par rapport à un axe
Une projection orthogonale
Une application linéaire du plan
Une application affine non linéaire

Une application linéaire du plan

Explication

La rotation vectorielle du plan est une application linéaire. Sa matrice se déduit des images des vecteurs de base par la rotation.

9. Que signifie la compatibilité des dimensions dans le produit de matrices associé à la composition d’applications linéaires ?

Les bases doivent être orthonormées
Les dimensions doivent permettre la composition des applications correspondantes
Les matrices doivent être carrées et de même trace
Les matrices doivent avoir le même rang

Les dimensions doivent permettre la composition des applications correspondantes

Explication

Le produit de matrices représente la composition seulement lorsque les dimensions sont compatibles. La condition porte sur les espaces de départ et d’arrivée, pas sur la trace ni l’orthonormalité.

10. Dans le cadre des applications linéaires entre espaces de même dimension, quand une application est-elle bijective ?

Exactement lorsque sa matrice associée est inversible
Exactement lorsque sa matrice est diagonale
Exactement lorsque sa matrice est symétrique
Exactement lorsque sa matrice a des coefficients tous non nuls

Exactement lorsque sa matrice associée est inversible

Explication

Pour des espaces de même dimension, bijectivité de l’application et inversibilité de la matrice associée sont équivalentes. Une matrice diagonale ou symétrique n’est pas forcément inversible.

11. Comment appelle-t-on la matrice dont les colonnes sont les coordonnées, dans la base B, des vecteurs de la base C ?

La matrice associée à l’application nulle
La matrice de passage de B vers C
La matrice identité de C
La matrice des coordonnées de B dans C

La matrice de passage de B vers C

Explication

La matrice de passage de B vers C est définie précisément par les coordonnées dans B des vecteurs de C. Son inverse est la matrice de passage de C vers B.

12. Si P est la matrice de passage de B vers C et si X et Y sont les coordonnées d’un même vecteur x dans B et dans C, quelle relation est vérifiée ?

Y = PX
X = P^{-1}Y
X = PY
P = XY

X = PY

Explication

La relation entre les coordonnées est X = PY lorsque P est la matrice de passage de B vers C. L’égalité Y = PX inverse le sens de passage et est donc fausse ici.

13. Quelle est la définition du rang d’une matrice ?

La dimension du noyau de l’application associée
Le nombre total de ses coefficients non nuls
Le nombre de lignes non nulles de la matrice
La dimension de l’espace engendré par ses vecteurs colonnes

La dimension de l’espace engendré par ses vecteurs colonnes

Explication

Le rang est la dimension de l’espace engendré par les colonnes de la matrice. Ce n’est pas le nombre de coefficients non nuls ni la dimension du noyau.

14. Pour une matrice A de taille n × p, quelle relation entre le noyau et l’image est donnée par le théorème du rang ?

dim(Ker A) = dim(Im A)
dim(Ker A) + dim(Im A) = p
dim(Ker A) + dim(Im A) = n
dim(Ker A) × dim(Im A) = p

dim(Ker A) + dim(Im A) = p

Explication

Le théorème du rang matriciel affirme que la somme des dimensions du noyau et de l’image vaut le nombre de colonnes, donc p. La taille n intervient pour majorer le rang, mais pas dans cette égalité.

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Vecteur — représentation matricielle ?

Colonne de coordonnées dans une base.

Famille de vecteurs — matrice associée ?

Matrice dont chaque colonne est un vecteur de la famille.

Matrice d’une application — rôle ?

Représente l’image des vecteurs de base dans une autre base.

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