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Matrices : Puissances et inverse

Soit la matrice $ A=\begin{pmatrix} 1 & 1\\ 0 & 1 \end{pmatrix} $

  1. Calculer $ A^{2} $, $ A^{3} $ et $ A^{4} $
  2. On pose $ B=\begin{pmatrix} 1 & a \\ 0 & 1 \end{pmatrix} $ et $ I=\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} $.

    Montrer qu'il existe une valeur de $ a $ telle que $ A\times B=I $.

    En déduire que $ A $ est inversible et déterminer $ A^{ - 1} $

Corrigé

  1. $ A^{2}=\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}\times \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1 & 2 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} $

    $ A^{3}=A^{2}\times A=\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 0 & 1\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}1 & 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1 & 3 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} $

    $ A^{4}=A^{3}\times A=\begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 0 & 1\end{pmatrix}\times \begin{pmatrix}1 & 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1 & 4 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} $

  2. $ A\times B=\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix} \times \begin{pmatrix}1 & a \\ 0 & 1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1 & a+1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} $

    On remarque que pour $ a= - 1 $, $ A\times B=I $

    On a donc :

    $ \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}\times \begin{pmatrix}1 & - 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}=I $

    On montre également, par un calcul direct, que :

    $ \begin{pmatrix} 1 & - 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}\times \begin{pmatrix}1 & 1 \\ 0 & 1\end{pmatrix}=I $

    Donc $ A $ est inversible et $ A^{ - 1}=\begin{pmatrix} 1 & - 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix} $ (voir définition)