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Prépa, 1re année › Matrices › Inverser une matrice carrée

Inverser une matrice carrée : méthode (MPSI)

Méthode

Inverser une matrice carrée

  1. Résolution de système : résoudre $AX=Y$ pour $Y$ quelconque. Si on obtient une unique solution $X=BY$, alors $A$ est inversible et $A^{-1}=B$.
  2. Polynôme annulateur : si $a_kA^k+\dots+a_1A+a_0I_n=0$ avec $a_0\neq0$, alors $$A\cdot\Big(-\frac1{a_0}(a_kA^{k-1}+\dots+a_1I_n)\Big)=I_n,$$ ce qui donne $A^{-1}$ (un inverse à droite suffit).
  3. Pivot de Gauss-Jordan sur $(A\mid I_n)$ (section 6).

Pour prouver qu'une matrice n'est pas inversible, il suffit d'exhiber $X\neq0$ avec $AX=0$, par exemple une relation de dépendance entre colonnes.

Exemple

Inverse par polynôme annulateur

Soit $A=\begin{pmatrix}1&2\\3&4\end{pmatrix}$. On calcule $A^2=\begin{pmatrix}7&10\\15&22\end{pmatrix}$ et $A^2-5A=\begin{pmatrix}2&0\\0&2\end{pmatrix}=2I_2$.

Donc $A\cdot\frac12(A-5I_2)=I_2$ : $A$ est inversible et $$A^{-1}=\frac12\begin{pmatrix}-4&2\\3&-1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-2&1\\ \frac32&-\frac12\end{pmatrix}.$$ On retrouve la formule $2\times2$ avec $ad-bc=-2$.

Attention

Simplification

$AB=AC$ n'entraîne pas $B=C$ en général : avec les matrices $C,D$ de la section 1, $CD=0=C\cdot0$ alors que $D\neq0$. La simplification est légitime si $A$ est inversible : on multiplie à gauche par $A^{-1}$.

S’entraîner

Dans le cours

Matrices : Inverser une matrice carrée