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Niveau maths spé
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Matrice à la puissance n

Posté par
Ezmia02
12-06-24 à 18:42

Bonjour,

Je rencontre un problème sur cet exercice :

Soit A=\begin{bmatrix}3 & -1 \\1 & 2\end{bmatrix} M2()
Déterminer An pour tout n

J'ai essayé de calculer les premières puissances de la matrice mais ne voit pas de lien évident. J'ai également calculé le polynôme caractéritique A=X2-5X+7 La matrice n'est donc pas diagonalisable sur puisque le discriminant est négatif. Enfin j'ai essayé de réécrire A comme la somme de I2 + une autre matrice mais je n'aboutis à rien non plus.

Auriez-vous une indication qui me permettrait d'avancer ?

Merci ^^

Posté par
Ulmiere
re : Matrice à la puissance n 12-06-24 à 19:05

La matrice n'est donc pas diagonalisable sur puisque le discriminant est négatif.

Certes, mais rien ne t'empêche de considérer A comme une matrice à coefficients, complexes, faire ton calcul et te souvenir ensuite qu'elle est en fai tà coefficients réels
Ici le polynôme caractéristique est de discriminant non nul, donc scindé simple

Posté par
carpediem
re : Matrice à la puissance n 12-06-24 à 19:54

salut

pour ta deuxième méthode : A= 2I + \begin{pmatrix} 1&-1 \\ 1& 0 \end{pmatrix} = 2I + J où I est la matrice unité

calculer les puissances de J et remarquer que J^4 = -J

conclure en calculant A^n = (2I + J)^n à l'aide du binôme de Newton puisqu'évidemment I et J commutent ...

il faudra évidemment considérer n modulo 4


autre méthode en considérant P(x) = x^2 - 5x + 7  :

alors P(A) = 0 donc A^2 = 5A - 7I  donc A^3 = 5A^2 - 7A = 18A - 35I

on généralise en introduisant les suites A^n = a_n A + b_nI puis relation de récurrence des suites puis expressions des suites en fonction de n :

A^{n + 1} = a_{n + 1} A + b_{n + 1} I = a_nA^2 + b_n A = (5a_n + b_n)A - 7a_n   donc \begin{pmatrix} a_{n + 1}\\ b_{n + 1} \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 5& 7\\ -7& 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} a_n\\ b_n \end{pmatrix}

donc \begin{pmatrix} a_n\\ b_n \end{pmatrix}= \begin{pmatrix} 5&7 \\ -7&0 \end{pmatrix}^n \begin{pmatrix} a_0\\ b_0 \end{pmatrix}

Posté par
Ulmiere
re : Matrice à la puissance n 12-06-24 à 20:09

Il faut quand même justifier que uA + vI = 0 implique u = v = 0 pour ta deuxième méthode, sinon tu ne peux pas identifier les coefficients pour établir la relation de récurrence

Posté par
Ulmiere
re : Matrice à la puissance n 12-06-24 à 20:14

Le plus simple est de l'écrire : 0 = uA + vI = \begin{pmatrix}3u+v & -u\\u & 2u+v\end{pmatrix}. Là, on peut identifier les coefficients et dire (diagonale montante) que u = 0 et donc v = 3u+v = 0 aussi.

On peut aussi produire deux égalités, par exemple en passant à la trace, et montrer que le système admet une unique solution qui est 0

Posté par
carpediem
re : Matrice à la puissance n 12-06-24 à 21:16

il est raisonnablement évident que A n'est pas multiple de I, tout de même ...

Posté par
Ezmia02
re : Matrice à la puissance n 13-06-24 à 21:40

Merci pour vos réponses ^^

Posté par
carpediem
re : Matrice à la puissance n 14-06-24 à 15:24

de rien



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