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Cours : Matrices › Erreurs fréquentes
Prépa · MPSI / MP2I

Erreurs fréquentes : Matrices (Prépa, 1re année)

Les matrices traduisent en tableaux de nombres les applications linéaires entre espaces de dimension finie : composer devient multiplier, inverser une application revient à inverser une matrice. Ce chapitre fournit les outils de calcul concrets (produit, inverse, rang, pivot de Gauss, trace) qui servent dans toute l'algèbre linéaire et dans la résolution des systèmes.

Erreur

Écrire $(AB)^{-1}=A^{-1}B^{-1}$ ou $(AB)^\top=A^\top B^\top$.

Ce qu'il faut écrire

L'ordre s'inverse : $(AB)^{-1}=B^{-1}A^{-1}$ et $(AB)^\top=B^\top A^\top$. On le vérifie en calculant $(AB)(B^{-1}A^{-1})=I_n$.

Erreur

Développer $(A+B)^2=A^2+2AB+B^2$ ou appliquer le binôme sans vérifier la commutation.

Ce qu'il faut écrire

En général $(A+B)^2=A^2+AB+BA+B^2$. La formule du binôme n'est valable que si $AB=BA$ ; c'est le cas avec $A=\lambda I_n$.

Erreur

Conclure de $AB=0$ que $A=0$ ou $B=0$, ou de $AB=AC$ que $B=C$.

Ce qu'il faut écrire

$\mathcal M_n(\mathbb K)$ n'est pas intègre : $\begin{pmatrix}1&1\\1&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&-1\\-1&1\end{pmatrix}=0$. On ne simplifie par $A$ que si $A$ est inversible.

Erreur

Ranger les images des vecteurs de base en lignes, ou se tromper de sens dans la formule $X=PX'$.

Ce qu'il faut écrire

Les coordonnées de $u(e_j)$ forment la colonne $j$. La matrice de passage $P_{\mathcal B,\mathcal B'}$ a pour colonnes les vecteurs de $\mathcal B'$ écrits dans $\mathcal B$, et $X=PX'$ donne les anciennes coordonnées en fonction des nouvelles.

Erreur

Écrire $A'=PAP^{-1}$ au lieu de $A'=P^{-1}AP$.

Ce qu'il faut écrire

Revenir à la composition $\operatorname{Mat}_{\mathcal B'}(u)=\operatorname{Mat}_{\mathcal B,\mathcal B'}(\mathrm{id})\operatorname{Mat}_{\mathcal B}(u)\operatorname{Mat}_{\mathcal B',\mathcal B}(\mathrm{id})=P^{-1}AP$ : à droite, $P$ transforme les nouvelles coordonnées en anciennes.

Erreur

Penser que deux matrices de même rang, ou de même trace, sont semblables.

Ce qu'il faut écrire

Même rang équivaut à équivalentes, pas à semblables. $I_2$ et $\begin{pmatrix}1&1\\0&1\end{pmatrix}$ ont même rang et même trace sans être semblables. Rang et trace servent seulement à prouver qu'il n'y a pas similitude.

Erreur

Mélanger opérations sur les lignes et sur les colonnes pendant la résolution d'un système ou l'inversion par Gauss-Jordan.

Ce qu'il faut écrire

Pour un système ou une inversion, uniquement des opérations sur les lignes. Les opérations sur les colonnes sont permises pour calculer un rang, car le rang est conservé dans les deux cas.

Erreur

Diviser par un pivot dépendant d'un paramètre sans discuter son annulation.

Ce qu'il faut écrire

Avant d'utiliser un pivot comme $m-1$, traiter séparément le cas $m=1$. Une discussion complète liste tous les cas où un pivot s'annule.