Systèmes déquations linéaires
Résoudre de quatre manières différentes le système suivant (par L'identification conduit à un système linéaire à quatre équations d'inconnues ?
RÉSOLUTION DE SYSTÈMES À DEUX INCONNUES
Une solution est composée de l'ensemble des valeurs conjointement prises par les variables pour satisfaire les équations du système. Page 3. Page 3 sur 11. 1-
Systèmes linéaires
Un système de 2 équations à 3 inconnues Le sous-système (S ) étant triangulaire il est facile de le résoudre en partant de l'équation du bas puis en ...
Syst`emes `a deux équations et trois inconnues
Exo 7. Mentionnez une troisi`eme solution. Page 7. Comprendre les solutions II. { x = ?2z y =
Equations linéaires à trois inconnues
On dit que la premi`ere est notre inconnue principale et que les deux autres sont nos inconnues secondaires. Page 3. Résoudre en z une équation de plan. Exemple.
Systèmes linéaires
Mini-exercices. 1. Écrire un système linéaire de 4 équations et 3 inconnues qui n'a aucune solution. Idem avec une infinité de solution.
Systèmes linéaires1
Or résoudre des systèmes de très grande taille est un problème courant Un système linéaire de n équations à p inconnues est un système du type :.
Systèmes linéaires
Un système de 3 équations à 3 inconnues peut avoir une solution unique (l'inter 4. calculer yryr?1
1. La théorie
On écrit usuellement de tels systèmes en n lignes placées les unes sous les autres. Exemple 1. Le système suivant a 2 équations et 3 inconnues :.
Notes de cours L1 — MATH120
5 oct. 2004 Dans l'exemple 1 on a m = 2 (nombre d'équations = nombre de lignes)
[PDF] Systèmes linéaires
Un système de 2 équations à 3 inconnues Le sous-système (S ) étant triangulaire il est facile de le résoudre en partant de l'équation du bas puis en
[PDF] 1 Systèmes déquations - Apprendre-en-lignenet
Pour résoudre un tel système on dispose de deux opérations : 1 la substitution d'une inconnue par une autre ou par une valeur ; 2 l'addition d'un multiple d
[PDF] Equations linéaires à trois inconnues
Résoudre une équation de plan c'est choisir une inconnue qu'on exprime en fonction des deux autres On dit que la premi`ere est notre inconnue principale et
[PDF] Syst`emes `a deux équations et trois inconnues
Equations et plans 3x ? 2y ? z = 0 ? z = 3x ? 2y ?5x + 4y + 4z = 0 ? z = 5x/4 ? y Résoudre le syst`eme { 3x ? 2y ? z = 0 ?5x + 4y + 4z = 0
Système déquations à 3 inconnues en ligne - Calculis
L'outil permet de résoudre des systèmes de trois équations linéaires à trois inconnues Il suffit de renseigner les valeurs des coefficients afin de
[PDF] Systèmes déquations linéaires
Systèmes de deux équations à deux inconnues Cas d'unicité de la solution d'un système 2 × 2 Cas des systèmes 3 × 3 Systèmes d'équations linéaires
[PDF] Systèmes déquations linéaires - Exo7 - Exercices de mathématiques
De façon surprenante ce système à 3 inconnues et 4 équations a une solution unique : ? = 1 3 ? = 4 3 ? = 1
[PDF] Ift 2421 Chapitre 3 Résolution des systèmes déquations linéaires
Ce système a 9 inconnues et 9 équations Il faut calculer les coefficients Lij et Uij dans l'ordre suivant : Ordre des calculs d'abord colonne puis ligne
[PDF] Algèbre Systèmes de trois équations du premier degré - Permamath
inconnues il existe plusieurs méthodes pour résoudre des systèmes de trois équations du premier degré à trois inconnues Il existe une méthode de
RÉSOUDRE UN SYSTÈME À 3 INCONNUES ! - YouTube
11 juil 2022 · Nouvelle série de vidéos: les exercices de 3ème de 1960 On commence avec un système de 3 Durée : 15:01Postée : 11 juil 2022
Comment résoudre une équation à 3 inconnues ?
Résoudre un système de trois équations d'inconnues x, y et z revient à chercher tous les triplets (x ; y ; z) qui vérifient ces trois équations. Un tel triplet de valeurs (x ; y ; z) est appelé « solution du système d'équations ».Comment résoudre une équation à plusieurs inconnus ?
Il faut d'abord isoler l'une des deux inconnues dans l'une des deux équations. Ici, il est plus simple d'isoler x dans la première équation parce qu'il n'a pas de coefficient. On remplace ensuite le x dans la deuxième équation par le résultat de x dans la première équation.Comment résoudre un système d'équation par la méthode matricielle ?
Si A est une matrice carrée inversible d'ordre n, alors le système d'équation dont l'écriture matricielle est AX = B admet une unique solution : X = A-1B. Exemple : Le système a pour écriture matricielle AX = B avec . Le déterminant de A est non nul, A est donc inversible.- Système linéaire : Un système est dit linéaire si la fonction qui décrit son comportement est elle-même linéaire. Cette dernière vérifie alors les principes de proportionnalité et de superposition : Principe de proportionnalité : si s(t) est la réponse à l'entrée e(t) alors ? x s(t) est la réponse à l'entrée ? x e(t).
Notes de cours
L1 - MATH120
Herv´e Le Dret
5 octobre 2004
20Chapitre 2
Syst `emes lin´eairesLes syst
`emes lin´eaires interviennent dans de nombreux contextes d"applica- tions de l"alg `ebre lin´eaire (sciences de l"ing´enieur, m´et´eorologie,´economie, mais aussi codes de transmission d"information et cryptographie). Pour ce qui concerne les math ´ematiques, ils forment la base calculatoire de l"alg`ebre lin´eaire. Ils per- mettent ´egalement de traiter une bonne partie de la th´eorie de l"alg`ebre lin´eaire en dimension finie. 2.1 D´efinition
On ne va traiter que le cas des syst
`emes lin´eaires faisant intervenir seule- ment des nombres r ´eels. On s"apercevra plus tard que tout ce que l"on dit dans ce cas reste valable pour des syst `emes lin´eaires faisant intervenir des nombres complexes. x1,x2,...,xnest une´equation de la forme
a1x1+a2x2+···+anxn=b,
o `ua1,a2,...,anetbsont des nombres r´eels donn´es. Soitm?N?un autre entier naturel sup´erieur`a 1. D ´efinition 7Unsyst`eme dem´equations lin´eaires`aninconnues, ou syst`eme lin ´eaire, est une liste de m´equations lin´eaires. On ´ecrit usuellement de tels syst`emes enmlignes plac´ees les unes sous les autres. Exemple 1Voici un syst`eme de 2´equations`a 3 inconnues?2x1-x2+32 x3=8, x1-4x3=-7.
2122CHAPITRE 2. Syst`emes lin´eaires
On aurait pu l"
´ecrire tout aussi bien
?2x1-x2+32 x3=8, x1+0×x2-4x3=-7.
La forme g
´en´erale d"un syst`eme lin´eaire dem´equations`aninconnues, ou encore syst `emem×n, est la suivante ???????a11x1+a12x2+a13x3+···+a1nxn=b1(←´equation n◦1)
a21x1+a22x2+a23x3+···+a2nxn=b2(←´equation n◦2)............=...
a i1x1+ai2x2+ai3x3+···+ainxn=bi(←´equation n◦i)............=... a m1x1+am2x2+am3x3+···+amnxn=bm(←´equation n◦m) Les nombresaij,i=1,...,m,j=1,...,n, sont lescoefficientsdu syst`eme. Ce sont des donn ´ees. Les nombresbi,i=1,...,m, constituent lesecond membredu syst `eme et sont´egalement des donn´ees.Il convient de bien observer comment on a rang
´e le syst`eme en lignes (une
ligne par ´equation) num´erot´ees de 1`ampar l"indicei, et en colonnes : les termes correspondant `a une mˆeme inconnuexjsont align´es verticalement les uns sous les autres. L"indicejvarie de 1`an. Il y a doncncolonnes`a gauche des signes d" ´egalit´e, plus une colonne suppl´ementaire`a droite pour le second membre. La notation avec double indiceaijcorrespond`a ce rangement : lepremierindice (ici i) est le num´ero deligneet lesecondindice (icij) est le num´ero decolonne.Il est extr ˆemement important de toujours respecter cette convention. Dans l"exemple 1, on am=2 (nombre d"´equations = nombre de lignes),n=3 (nombre d"inconnues = nombre de colonnes `a gauche du signe =) eta11=2, a12=-1,a13=3/2,a21=1,a22=0,a23=-4,b1=8 etb2=-7.
D ´efinition 8Une solution du syst`eme lin´eaire est une liste de n nombres r´eels (s1,s2,...,sn)(un n-uplet) tels que si l"on substitue s1pour x1, s2pour x2, etc., dans le syst `eme lin´eaire, on obtient une´egalit´e. L"ensemble des solutions du syst `emeest l"ensemble de tous ces n-uplets. Ainsi,(5,13/2,3)est une solution du syst`eme lin´eaire de l"exemple 1. En r `egle g´en´erale, on s"attache`a d´eterminer l"ensemble des solutions d"un syst`eme lin la d´efinition suivante.
2.1. D
´efinition23
D ´efinition 9On dit que deux syst`emes lin´eaires sont´equivalentss"ils ont le mˆeme ensemble de solutions. A partir de l`a, le jeu pour r´esoudre un syst`eme lin´eaire donn´e consistera`a le transformer en un syst `eme´equivalent dont la r´esolution sera plus simple que celle du syst `eme de d´epart. Nous verrons plus loin comment proc´eder de fac¸on syst´ematique pour arriver`a ce but.
Remarque 6Deux syst`emes´equivalents ont toujours visiblement le mˆeme nom- bre d"inconnues. Par contre, ils n"ont pas forc´ement le mˆeme nombre d"´equations.
Dans ce dernier cas, on peut toujours ajouter au syst `eme avec le moins d"´equations le nombre manquant `a l"aide d"´equations triviales0×x1+0×x2+···+0×xn=0,
lesquelles ne modifient clairement pas l"ensemble des solutions.? Exemple 2R´esolution dans le cas d"un syst`eme 2×2. Consid´erons le syst`eme suivant ?x1-2x2=-1, -x1+3x2=3. Six1etx2d´esigne les coordonn´ees cart´esiennes d"un point du plan, on reconnaˆıt deux ´equations de droite, une par ligne du syst`eme. Par cons´equent, toute solu- tion(s1,s2)du syst`eme correspond aux coordonn´ees d"un point d"intersection des deux droites. On se ram `ene donc`a un probl`emeg´eom´etriquetr`es simple dans ce cas particulier. Dans cet exemple, les deux droites se coupent au point de coor- donn ´ees(3,2). On a obtenu l"ensemble des solutionsS={(3,2)}constitu´e ici d"un seul ´el´ement (on calcule cette solution tr`es simplement en additionnant les deux ´equations, puis en remplac¸ant la valeur dex2ainsi trouv´ee). Il aurait pu tout aussi bien se produire que les deux droites soient parall `eles, comme dans l"exemple suivant ?x1-2x2=-1, -x1+2x2=3. Dans ce cas, les deux droites ne se coupent pas, donc le syst `eme n"a pas de solu- tion. L"ensemble des solutions est l"ensemble videS=/0. Ceci se voit alg´ebrique- ment en remarquant que le membre de gauche de la premi `ere ligne est´egal`a l"op- pos ´e du membre de gauche de la premi`ere ligne. Comme 1?=3, il est impossible de satisfaire en m ˆeme temps les deux´equations lin´eaires.24CHAPITRE 2. Syst`emes lin´eaires
Enfin, la troisi
`eme et derni`ere possibilit´e g´eom´etrique est que les deux droites soient confondues. ?x1-2x2=-1, -x1+2x2=1.On a alors une infinit
´e de solutionsS={coordonn´ees des points de la droite}. Ces trois cas de figure obtenus dans le cas de syst `emes 2×2 recouvrent en fait la situation g ´en´erale, comme on le d´emontrera plus loin. On a en effet l"alternative suivante pour l"ensemble des solutions d"un syst `eme lin´eaire g´en´eralm×n. a) Soit il n"y a aucune solution,S=/0. Dans ce cas, on dit que le syst`eme est incompatible. b) Soit il y a une solution unique,S={(s1,s2,...,sn)}l"ensemble des solu- tions contient un seuln-uplet. Dans ce cas, on dit que le syst`eme estcompatible. c) Soit il y a une infinit ´e de solutions, et on dit aussi dans ce cas que le syst`eme est compatible. Un cas particulier important est celui dessyst`emes homog`enespour lesquels b1=b2=...=bm=0, c"est-`a-dire dont le second membre est nul. De tels
syst `emes sont toujours compatibles car ils admettent toujours la solutions1= s2=...=sn=0. Cette solution est appel´eesolution triviale. G´eom´etriquement
dans le cas 2×2, un syst`eme homog`ene correspond`a deux droites qui passent par l"origine des coordonn ´ees, cette origine(0,0)´etant donc toujours solution. Dans le cas des syst `emes homog`enes, on s"attachera par cons´equent`a d´eterminer s"il n"y a que la solution triviale ou s"il y en a d"autres.?2.2 Notation matricielle
En r ´efl´echissant un petit peu, on se rend compte que dans la donn´ee d"un syst`eme lin´eaire, seuls comptent les coefficients du syst`eme et le second membre.´Ecrire les´equations avec les inconnues permet de visualiser le syst`eme, mais
n"est pas autrement utile. On introduit donc une fac¸on plus compacte d"´ecrire
un syst `eme lin´eaire : lanotation matricielle.Il s"agit simplement de ranger les co- efficients et le second membre dans des tableaux rectangulaires en suivant l"ordre naturel des lignes et des colonnes.2.2. Notation matricielle25
Plus pr
´ecis´ement, on introduit les objets suivants A=( (((((((a11a12···a1j···a1n
a a a m1am2···amj···amn) L"objetAs"appellela matrice du syst`eme lin´eaire. Elle amlignes etncolonnes, c"est unematrice m×n(`a coefficients r´eels). Le coefficientaijse trouve`a l"in- tersection de la ligne num ´eroiet de la colonne num´eroj. On note aussi de fac¸on g ´en´eriqueA= (aij)i=1,...,m,j=1,...,nouA= (aij)si la taille de la matrice est sous- entendue.On introduit aussi
A=( (((((((a11a12···a1j···a1nb1
a a a m1am2···amj···amnbm) On l"appellela matrice augment´ee du syst`eme.C"est une matricem×(n+1). Elle contient la matrice des coefficients avec une colonne suppl´ementaire ajout´ee`a sa
droite et contenant le second membre, c"est- `a-dire toute l"information n´ecessaire a d´eterminer le syst`eme. Exemple 3Il est tr`es facile de passer d"un syst`eme lin´eaire`a sa matrice aug- ment ´ee et vice-versa : il suffit de lire les coefficients au bon endroit. Consid´erons l"exemple du syst `eme 3×3 suivant ?x1-2x2+x3=0,
2x2-8x3=8,
-4x1+5x2+9x3=-9.Sa matrice est
A=( (1-2 1 0 2-8 -4 5 9)26CHAPITRE 2. Syst`emes lin´eaires
et sa matrice augment´ee
A=( (1-2 1 00 2-8 8
-4 5 9-9) D ´efinition 10On dit que deux matrices A= (aij)et B= (bij)sont´egales si elles sont de la m ˆeme taille et si aij=bijpour tout couple d"indices i et j.En d"autres termes, deux matrices sont
´egales si et seulement si elles ont les
mˆemes coefficients aux mˆemes endroits.
2.3 Syst
`emes´echelonn´es r´eduits Essayons d"imaginer le cas le plus favorable, un syst `eme dont la r´esolution soit parfaitement triviale : ???x 1=b1, x 2=b2, x n=bn.Sa matrice augment
´ee n"est autre que
A=( (((((((1 0 0···0 0b10 1 0···0 0b2
0 0 1···0 0b3.....................
0 0 0···1 0bn-1
0 0 0···0 1bn)
Cette matrice montre une disposition de coefficients nuls bien particuli `ere. G´en´e- ralisons tout de suite. D ´efinition 11Une matrice A est dite´echelonn´eesi et seulement si elle a les deux propri´et´es suivantes
1)Si une ligne est enti`erement nulle, toutes les lignes situ´ees en dessous sont
egalement enti`erement nulles.2.3. Syst
`emes´echelonn´es r´eduits272)Dans chaque ligne non enti`erement nulle (`a partir de la deuxi`eme), le pre-
mier coefficient non nul en comptant `a partir de la gauche est situ´e strictement`a droite du premier coefficient non nul de la ligne pr´ec´edente.
On dit qu"une matrice est
´echelonn´ee r´eduitesi et seulement elle a en plus les deux propri´et´es suivantes
3)Le premier coefficient non nul d"une ligne en comptant`a partir de la gauche
vaut1.4)Et c"est le seul´el´ement non nul de sa colonne.
Clairement, la matrice
˜Apr´ec´edente est´echelonn´ee r´eduite. Remarque 7Grˆace`a1),onvoitque2)aunsens:siunelignecontientun´el´ement non nul, alors la ligne pr ´ec´edente contient aussi un´el´ement non nul, sinon cela contredirait 1). Par ailleurs, toujours `a cause de 2) et de 1), on voit que tous les coefficients situ ´es dans la mˆeme colonne qu"un tel premier´el´ement non nul d"une ligne et en dessous de cet´el´ement, sont nuls.?
Exemple 4
A=( ((((2-3 2 10 1-4 8
0 0 0 5/2
0 0 0 0
0 0 0 0)
est´echelonn´ee et
A=( (1 0 2 0 250 1-2 0 16
0 0 0 1 1)
est´echelonn´ee r´eduite. On reconnaˆıt (`a l"oeil) les matrices´echelonn´ees`a la dis-
position caract ´eristique des z´eros en escalier descendant du haut`a gauche vers le bas `a droite.?Les notions pr
´ec´edentes sont uniquement relatives aux matrices, mais il se trouvequelessyst -appel simples `a r´esoudre. Commenc¸ons par un exemple.Exemple 5Supposons que
A=( (1 0 2 0 250 1-2 0 16
0 0 0 1 1)
28CHAPITRE 2. Syst`emes lin´eaires
soitenfaitlamatriceaugment et s"´ecrira??
?x1+2x3=25,
x2-2x3=16,
x 4=1.Ce syst
`eme se r´esout trivialement en ?x1=25-2x3,
x2=16+2x3,
x 4=1. En d"autres termes, pour toute valeur dex3r´eelle, les valeurs dex1,x2etx4cal- cul ´ees ci-dessus fournissent une solution du syst`eme, et on les a ainsi toutes obte- nues. On peut donc d´ecrire enti`erement l"ensemble des solutions
S={(25-2x3,16+2x3,x3,1);x3?R}.
Il s"agit d"unerepr´esentation param´etriquedeS. On parle encore desolution g´en´eraledu syst`eme.?
L"exemple qui pr
´ec`ede montre que les inconnues d"un syst`eme´echelonn´e r ´eduit ne jouent pas toutes le mˆeme rˆole. Ceci conduit aux d´efinitions suivantes. D ´efinition 12SoitU une matrice´echelonn´ee r´eduite. Lespositions de pivotdeU sont les emplacements (au sens du couple (num´ero de ligne, num´ero de colonne))
des coefficients valant1du point 3) de la d´efinition 11. Ainsi, dans l"exemple 5, on voit trois positions de pivot :(1,1),(2,2)et(3,4).Le coefficient 1 situ
´e en position(3,5)n"est pas un pivot car il n"est pas le premier el´ement non nul de sa ligne.Dans une matrice
´echelonn´ee r´eduite, on appellecolonnes de pivotles co- lonnes qui contiennent une position de pivot etlignes de pivotles lignes qui contiennent une position de pivot. D"apr `es le point 3) de la d´efinition 11, on voit qu"il y a au plus une position de pivot par ligne, et d"apr `es le point 4), au plus une position de pivot par colonne. Par cons´equent, le nombre de colonnes de pivot
est ´egal au nombre de lignes de pivot, tous deux´etant´egaux au nombre de posi- tions de pivot. Cette observation banale jouera un rˆole important plus loin dans les
questions de dimension d"un espace vectoriel. Les positions de pivot permettent d"introduire une classification des incon- nues. D ´efinition 13Les inconnues correspondant`a une colonne de pivot sont appel´ees inconnues ou variables essentielles. Les autres sont appel´eesinconnues ou va- riables libres.2.3. Syst
`emes´echelonn´es r´eduits29Remarquons qu"un syst
`eme´echelonn´e a toujours au moins une variable essen- tielle,maisqu"iln"apasforc de cette section. Nous pouvons maintenant r´esoudre les syst`emes´echelonn´es
r´eduits dans tous les cas.
Th ´eor`eme 6Un syst`eme´echelonn´e r´eduit est compatible si et seulement si sa matrice augment´ee ne contient aucune ligne de la forme
?0 0···0b?avec b?=0.Dans ce cas, on obtient une description param
´etrique de l"ensemble des solu-
tions en exprimant les variables essentielles en fonction du second membre et des variables libres. D ´emonstration.Supposons que la matrice augment´ee du syst`eme contienne une ligne de la forme?0 0···0b?avecb?=0.Cette ligne correspond
`a l"´equation lin´eaire0×x1+0×x2+···+0×xn=b,
laquelle n"a ´evidemment aucune solution. Le syst`eme est par cons´equent incom- patible,S=/0.Dans le cas o
`u aucune ligne n"est de cette forme, alors on peut visiblement r ´esoudre. En effet, les´eventuelles lignes nulles donnent des´equations de la forme0×x1+0×x2+···+0×xn=0,
qui sont toujours satisfaites. De plus, chaque ligne non nulle r´e´ecrite sous forme
d"´equation prend la forme
x il+Bl(xlibres) =bl, o `uxilest lal-`eme variable essentielle (qui n"apparaˆıt que dans cette´equation situ ´ee`a la lignel),Bl(xlibres)est une somme compos´ee de coefficients du syst`eme multipli ´es par les variables libres (d´esign´ees collectivement parxlibresmais en fait, seules celles situ ´ees`a droite dexilinterviennent) s"il y a des variables libres, B l(xlibres) =0 s"il n"y en a pas, etblest lal-`eme ligne du second membre. Par cons´equent,
x il=-Bl(xlibres)+bl, fournit une repr ´esentation param´etrique de l"ensemble des solutions, les variables libres parcourant ind´ependammentR.?
30CHAPITRE 2. Syst`emes lin´eaires
On a ainsi
´etabli dans le cas des syst`emes´echelonn´es r´eduits l"alternative sur l"ensemble des solutions d ´ej`a vue g´eom´etriquement dans le cas 2×2. Corollaire 7Dans le cas d"un syst`eme´echelonn´e r´eduit m×n on a l"alternative suivante. a) Soit il n"y a aucune solution s"il y a une ligne de la forme ?0 0···0b?avec b?=0. b) Soit il y a une solution unique s"il n"y a pas de telle ligne ni de variables libres. c) Soit il y a une infinit ´e de solutions s"il n"y a pas de telle ligne mais qu"il existe des variables libres.2.4 Algorithme de Gauss
A partir de maintenant, la strat´egie pour r´esoudre un syst`eme g´en´eral sera de se ramener `a un syst`eme´echelonn´e r´eduit qui lui soit´equivalent. On va pour cela raisonner uniquement sur les matrices ´echelonn´ees r´eduites, sans r´ef´erence particuli `ere aux syst`emes lin´eaires, et introduire un algorithme travaillant sur les matrices `a cet effet. Arr ˆetons nous quelque peu sur la notion d"algorithme. Il s"agit d"une descrip- tion pr ´ecise d"une suite d"op´erations`a effectuer, dans quel ordre et dans quel cas, qui aboutit au bout d"un nombre fini d"´etapes si possible connu`a l"avance au
r ´esultat voulu. Il y a deux raisons pour introduire un algorithme dans le contexte de la r´esolution des syst`emes lin´eaires.
La premi
`ere raison est que l"on peut certes r´esoudre les syst`emes 2×2 ou3×3 par des manipulationsad hocdes´equations - r´esolution par rapport`a une
variable puis remplacement dans les autres´equations, additions ou soustractions
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