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Terminale › Graphes et matrices › Puissances d'une matrice diagonale

Puissances d'une matrice diagonale : énoncé (Maths expertes)

Propriété

Puissances d'une matrice diagonale

Si $D=\begin{pmatrix} d_1 & 0 \\ 0 & d_2 \end{pmatrix}$, alors pour tout entier naturel $n$ : $$D^n=\begin{pmatrix} d_1^{\,n} & 0 \\ 0 & d_2^{\,n} \end{pmatrix}.$$ Le résultat est le même pour une matrice diagonale d'ordre $3$.

Démonstration : Puissances d'une matrice diagonale
Démonstration

Puissances d'une matrice diagonale

Par récurrence sur $n$.

Initialisation : $D^0=I_2=\begin{pmatrix} d_1^{\,0} & 0 \\ 0 & d_2^{\,0} \end{pmatrix}$.

Hérédité : supposons la formule vraie au rang $n$. Alors $$D^{n+1}=D^nD=\begin{pmatrix} d_1^{\,n} & 0 \\ 0 & d_2^{\,n} \end{pmatrix}\begin{pmatrix} d_1 & 0 \\ 0 & d_2 \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} d_1^{\,n+1} & 0 \\ 0 & d_2^{\,n+1} \end{pmatrix}.$$

Conclusion : la formule est vraie pour tout entier naturel $n$.

Exemple

Conjecture puis récurrence

Soit $T=\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$. On calcule $T^2=\begin{pmatrix} 1 & 2 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$, $T^3=\begin{pmatrix} 1 & 3 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$. On conjecture $T^n=\begin{pmatrix} 1 & n \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$.

  • Initialisation : $T^0=I_2=\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$, la formule est vraie pour $n=0$.
  • Hérédité : si $T^n=\begin{pmatrix} 1 & n \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$, alors $T^{n+1}=T^nT=\begin{pmatrix} 1 & 1+n \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$.

Donc pour tout $n\in\mathbb{N}$, $T^n=\begin{pmatrix} 1 & n \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$.

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Dans le cours

Graphes et matrices : Puissances d'une matrice diagonale