← Retour au sommaire

Exercices – Chapitre 16

Matrices et systèmes linéaires | BTS | Mathématiques

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Formulaire utile : Déterminant \(2\times2\) : \(\det\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}=ad-bc\). Déterminant \(3\times3\) (Sarrus) : \(\det\begin{pmatrix}a&b&c\\d&e&f\\g&h&i\end{pmatrix}=aei+bfg+cdh-ceg-afh-bdi\). Inverse \(2\times2\) : \(A^{-1}=\dfrac{1}{\det A}\begin{pmatrix}d&-b\\-c&a\end{pmatrix}\) si \(A=\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}\). Cramer : \(x_k=\dfrac{\det(A_k)}{\det(A)}\). Valeurs propres : racines de \(\det(A-\lambda I)=0\).

A. Opérations matricielles et déterminants

Exercice 1 — Addition et multiplication par un scalaire

Un technicien de gestion de stock note les quantités de deux composants livrées par deux fournisseurs sous forme matricielle : \(A=\begin{pmatrix}3&-2\\1&4\end{pmatrix}\), \(B=\begin{pmatrix}-1&5\\2&0\end{pmatrix}\).

  1. Calculer \(A+B\).
  2. Calculer \(2A-B\).

a. \(A+B=\begin{pmatrix}3+(-1)&-2+5\\1+2&4+0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}2&3\\3&4\end{pmatrix}\)

b. \(2A=\begin{pmatrix}6&-4\\2&8\end{pmatrix}\), donc \(2A-B=\begin{pmatrix}6-(-1)&-4-5\\2-2&8-0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}7&-9\\0&8\end{pmatrix}\)

Exercice 2 — Produit matriciel et non-commutativité

Soit \(A=\begin{pmatrix}2&-1\\3&1\end{pmatrix}\) et \(B=\begin{pmatrix}0&4\\-2&5\end{pmatrix}\).

  1. Calculer \(AB\).
  2. Calculer \(BA\).
  3. Que peut-on conclure sur la commutativité du produit matriciel ?

a. \(AB=\begin{pmatrix}2\times0+(-1)\times(-2)&2\times4+(-1)\times5\\3\times0+1\times(-2)&3\times4+1\times5\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}2&3\\-2&17\end{pmatrix}\)

b. \(BA=\begin{pmatrix}0\times2+4\times3&0\times(-1)+4\times1\\-2\times2+5\times3&-2\times(-1)+5\times1\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}12&4\\11&7\end{pmatrix}\)

c. \(AB\ne BA\) : le produit matriciel n'est pas commutatif, l'ordre des facteurs est essentiel.

Exercice 3 — Produit matriciel rectangulaire (contexte gestion)

Un bureau d'études résume les quantités de trois matières premières nécessaires à la fabrication de deux produits dans la matrice \(A=\begin{pmatrix}1&2&0\\0&-1&3\end{pmatrix}\) (lignes : produits ; colonnes : matières). Les coûts unitaires de chaque matière selon deux fournisseurs sont donnés par \(B=\begin{pmatrix}2&1\\1&0\\-1&2\end{pmatrix}\) (lignes : matières ; colonnes : fournisseurs).

  1. Vérifier que le produit \(AB\) est défini et donner sa taille.
  2. Calculer \(AB\) et interpréter le coefficient \((AB)_{11}\).

a. \(A\) est \(2\times3\) et \(B\) est \(3\times2\) : le nombre de colonnes de \(A\) (3) égale le nombre de lignes de \(B\) (3), donc \(AB\) est définie et de taille \(2\times2\).

b. \(AB=\begin{pmatrix}1\times2+2\times1+0\times(-1)&1\times1+2\times0+0\times2\\0\times2+(-1)\times1+3\times(-1)&0\times1+(-1)\times0+3\times2\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}4&1\\-4&6\end{pmatrix}\)

Le coefficient \((AB)_{11}=4\) représente le coût total du produit 1 auprès du fournisseur 1.

Exercice 4 — Déterminant et condition d'inversibilité

Un architecte doit savoir si les matrices suivantes sont inversibles avant de résoudre un système :

\[ M_1=\begin{pmatrix}4&6\\2&3\end{pmatrix}, \qquad M_2=\begin{pmatrix}5&3\\2&4\end{pmatrix} \]
  1. Calculer \(\det(M_1)\) et \(\det(M_2)\).
  2. Lesquelles de ces matrices sont inversibles ?

a. \(\det(M_1)=4\times3-6\times2=12-12=0\). \(\det(M_2)=5\times4-3\times2=20-6=14\).

b. \(M_1\) n'est pas inversible (\(\det=0\)) — ses lignes sont proportionnelles (\(L_1=2L_2\)). \(M_2\) est inversible (\(\det=14\ne0\)).

Exercice 5 — Déterminant 3×3 par la règle de Sarrus

Calculer le déterminant de \(A=\begin{pmatrix}1&2&3\\0&1&4\\5&6&0\end{pmatrix}\), matrice intervenant dans l'étude d'un système mécanique à trois inconnues.

Par la règle de Sarrus \((a=1,b=2,c=3,d=0,e=1,f=4,g=5,h=6,i=0)\) :

\[ \det(A) = 1\times1\times0 + 2\times4\times5 + 3\times0\times6 - 3\times1\times5 - 1\times4\times6 - 2\times0\times0 \] \[ = 0 + 40 + 0 - 15 - 24 - 0 = 1 \]

Le déterminant vaut \(1\ne0\) : la matrice \(A\) est inversible.

B. Inverse de matrices

Exercice 6 — Inverse d'une matrice 2×2 (formule directe)

Un modèle économique simplifié relie deux grandeurs de production par la matrice \(A=\begin{pmatrix}2&3\\1&4\end{pmatrix}\).

  1. Calculer \(\det(A)\) et en déduire que \(A\) est inversible.
  2. Calculer \(A^{-1}\).
  3. Vérifier que \(A\,A^{-1}=I_2\).

a. \(\det(A)=2\times4-3\times1=8-3=5\ne0\) : \(A\) est inversible.

b. \(A^{-1}=\dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}4&-3\\-1&2\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0{,}8&-0{,}6\\-0{,}2&0{,}4\end{pmatrix}\)

c. \(A\,A^{-1}=\dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}2&3\\1&4\end{pmatrix}\begin{pmatrix}4&-3\\-1&2\end{pmatrix} =\dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}8-3&-6+6\\4-4&-3+8\end{pmatrix}=\dfrac{1}{5}\begin{pmatrix}5&0\\0&5\end{pmatrix}=I_2\) ✓

Exercice 7 — Inverse d'une matrice 3×3 par Gauss-Jordan

Calculer l'inverse de \(A=\begin{pmatrix}1&-1&2\\0&2&-1\\0&0&3\end{pmatrix}\) par la méthode de Gauss-Jordan.

Tableau augmenté \([A\,|\,I_3]\) :

1-12100
02-1010
003001

Étape 1 : \(L_3\leftarrow\tfrac13L_3\)

1-12100
02-1010
001001/3

Étape 2 : \(L_2\leftarrow L_2+L_3\) (élimine la colonne 3 de \(L_2\))

1-12100
020011/3
001001/3

Étape 3 : \(L_1\leftarrow L_1-2L_3\) (élimine la colonne 3 de \(L_1\)), puis \(L_2\leftarrow\tfrac12L_2\)

1-1010-2/3
01001/21/6
001001/3

Étape 4 : \(L_1\leftarrow L_1+L_2\) (élimine la colonne 2 de \(L_1\))

10011/2-1/2
01001/21/6
001001/3

Donc \(A^{-1}=\begin{pmatrix}1&1/2&-1/2\\0&1/2&1/6\\0&0&1/3\end{pmatrix}\). Vérification : \(A\,A^{-1}=I_3\) ✓ (à contrôler par un produit matriciel).

C. Systèmes linéaires

Exercice 8 — Système par la méthode de Gauss (contexte mécanique)

Un ingénieur étudie l'équilibre statique d'une structure à trois appuis, dont les efforts \(x, y, z\) (en kN) vérifient :

\[ \begin{cases} x+y+z=4\\ 2x-y+z=0\\ x+2y-z=9 \end{cases} \]

Résoudre ce système par la méthode de Gauss.

Matrice augmentée : \(\begin{pmatrix}1&1&1&|&4\\2&-1&1&|&0\\1&2&-1&|&9\end{pmatrix}\)

\(L_2\leftarrow L_2-2L_1\) : \((0,-3,-1,|,-8)\)

\(L_3\leftarrow L_3-L_1\) : \((0,1,-2,|,5)\)

\(\begin{pmatrix}1&1&1&|&4\\0&-3&-1&|&-8\\0&1&-2&|&5\end{pmatrix}\)

\(L_3\leftarrow L_3+\tfrac13L_2\) : \(\left(0,0,-2-\tfrac13,|,5-\tfrac83\right)=\left(0,0,-\tfrac73,|,\tfrac73\right)\)

Remonter :

\(L_3\) : \(-\tfrac73z=\tfrac73 \implies z=-1\)

\(L_2\) : \(-3y-(-1)=-8 \implies -3y=-9 \implies y=3\)

\(L_1\) : \(x+3+(-1)=4 \implies x=2\)

Solution : \(x=2\), \(y=3\), \(z=-1\) (en kN).

Vérification : \(2+3-1=4\) ✓, \(2(2)-3+(-1)=0\) ✓, \(2+2(3)-(-1)=9\) ✓

Exercice 9 — Système par la méthode de Cramer (contexte mécanique)

Deux câbles soutiennent une charge. Les tensions \(T_1\) et \(T_2\) (en kN) vérifient le système : \(\begin{cases}3T_1+2T_2=18\\5T_1-T_2=17\end{cases}\)

Résoudre par la méthode de Cramer.

\[ A=\begin{pmatrix}3&2\\5&-1\end{pmatrix},\quad B=\begin{pmatrix}18\\17\end{pmatrix},\quad \det(A)=3\times(-1)-2\times5=-3-10=-13 \] \[ \det(A_1)=\begin{vmatrix}18&2\\17&-1\end{vmatrix}=-18-34=-52,\qquad \det(A_2)=\begin{vmatrix}3&18\\5&17\end{vmatrix}=51-90=-39 \] \[ T_1=\frac{-52}{-13}=4\,\text{kN},\qquad T_2=\frac{-39}{-13}=3\,\text{kN} \]

Vérification : \(3(4)+2(3)=18\) ✓, \(5(4)-3=17\) ✓

Exercice 10 — Système 3×3 par Cramer (circuit électrique, Kirchhoff)

Un électrotechnicien analyse un réseau à trois mailles de courants \(I_1, I_2, I_3\) (en A). L'application des lois de Kirchhoff conduit au système :

\[ \begin{cases} 4I_1 - I_2 = 16\\ -I_1 + 4I_2 - 2I_3 = 5\\ -2I_2 + 5I_3 = 7 \end{cases} \]
Réseau à trois mailles — méthode des courants de maille E₁ R₁ R_c1 E₂ R₂ R_c2 E₃ R₃ I₁ I₂ I₃

Réseau à trois mailles couplées : chaque maille a sa propre source et sa propre résistance ; les résistances \(R_{c1}\) et \(R_{c2}\) couplent les mailles adjacentes (coefficients non diagonaux de la matrice \(R\)).

\[ A=\begin{pmatrix}4&-1&0\\-1&4&-2\\0&-2&5\end{pmatrix},\quad B=\begin{pmatrix}16\\5\\7\end{pmatrix} \] \[ \det(A)=4(4\times5-(-2)(-2))-(-1)((-1)\times5-(-2)\times0)+0 = 4\times16-1\times5=64-5=59 \]

Calcul des trois déterminants auxiliaires (colonne remplacée par \(B\)) :

\[ \det(A_1)=\begin{vmatrix}16&-1&0\\5&4&-2\\7&-2&5\end{vmatrix}=16\times16+1\times39=256+39=295 \] \[ \det(A_2)=\begin{vmatrix}4&16&0\\-1&5&-2\\0&7&5\end{vmatrix}=4\times39-16\times(-5)=156+80=236 \] \[ \det(A_3)=\begin{vmatrix}4&-1&16\\-1&4&5\\0&-2&7\end{vmatrix}=4\times38+1\times(-7)+16\times2=152-7+32=177 \] \[ I_1=\frac{295}{59}=5\,\text{A},\qquad I_2=\frac{236}{59}=4\,\text{A},\qquad I_3=\frac{177}{59}=3\,\text{A} \]

Vérification : \(4(5)-4=16\) ✓, \(-5+4(4)-2(3)=-5+16-6=5\) ✓, \(-2(4)+5(3)=-8+15=7\) ✓

Exercice 11 — Rang et compatibilité d'un système (Rouché-Fontené)

On considère la matrice \(A=\begin{pmatrix}1&2&-1\\2&4&-2\\1&2&1\end{pmatrix}\) et les deux systèmes \(AX=B_1\) et \(AX=B_2\) où \(B_1=\begin{pmatrix}3\\7\\5\end{pmatrix}\) et \(B_2=\begin{pmatrix}3\\6\\5\end{pmatrix}\).

  1. Montrer que \(\text{rg}(A)=2\) (on remarquera une relation entre les lignes de \(A\)).
  2. Étudier la compatibilité du système \(AX=B_1\).
  3. Étudier la compatibilité du système \(AX=B_2\) et, s'il y a lieu, donner l'ensemble des solutions.

a. On remarque que \(L_2=2L_1\) : la ligne 2 est proportionnelle à la ligne 1, donc au plus 2 lignes de \(A\) sont indépendantes. Les lignes \(L_1\) et \(L_3\) ne sont pas proportionnelles, donc \(\text{rg}(A)=2\).

b. Pour \(AX=B_1\) : la relation \(L_2=2L_1\) doit se retrouver sur le second membre, or \(2\times3=6\ne7\). La matrice augmentée \([A|B_1]\) a donc pour rang 3 \(\ne\text{rg}(A)=2\) : le système est incompatible (aucune solution).

c. Pour \(AX=B_2\) : \(2\times3=6\), la deuxième équation est bien le double de la première : \(\text{rg}([A|B_2])=\text{rg}(A)=2<3\) : le système admet une infinité de solutions. On résout les deux équations indépendantes : \(\begin{cases}x+2y-z=3\\x+2y+z=5\end{cases}\) En soustrayant : \(2z=2\implies z=1\), puis \(x+2y=4\implies x=4-2y\). L'ensemble des solutions est \(\{(4-2t,\,t,\,1),\ t\in\mathbb{R}\}\).

D. Valeurs propres et vecteurs propres

Exercice 12 — Valeurs propres et vecteurs propres (2×2)

Un mode de vibration d'un système mécanique à deux degrés de liberté est modélisé par \(M=\begin{pmatrix}6&-2\\-2&3\end{pmatrix}\).

  1. Déterminer l'équation caractéristique et les valeurs propres de \(M\).
  2. Déterminer un vecteur propre associé à chaque valeur propre.

a. \(\det(M-\lambda I)=(6-\lambda)(3-\lambda)-4=\lambda^2-9\lambda+14=0\)

\[ \Delta=81-56=25 \implies \lambda_1=\frac{9-5}{2}=2,\quad \lambda_2=\frac{9+5}{2}=7 \]

b. Pour \(\lambda_1=2\) : \((M-2I)\vec v=\vec 0 \implies \begin{pmatrix}4&-2\\-2&1\end{pmatrix}\vec v=\vec 0 \implies 4v_1-2v_2=0 \implies \vec v_1=\begin{pmatrix}1\\2\end{pmatrix}\)

Pour \(\lambda_2=7\) : \((M-7I)\vec v=\vec 0 \implies \begin{pmatrix}-1&-2\\-2&-4\end{pmatrix}\vec v=\vec 0 \implies -v_1-2v_2=0 \implies \vec v_2=\begin{pmatrix}-2\\1\end{pmatrix}\)

Exercice 13 — Valeurs propres d'une matrice triangulaire (3×3)

Soit \(M=\begin{pmatrix}2&0&0\\1&5&0\\3&-1&4\end{pmatrix}\).

  1. Justifier, sans calcul de déterminant, que les valeurs propres de \(M\) sont ses coefficients diagonaux.
  2. Déterminer un vecteur propre associé à \(\lambda=4\).

a. \(M\) est triangulaire inférieure, donc \(M-\lambda I\) l'est aussi : son déterminant est le produit des termes diagonaux : \(\det(M-\lambda I)=(2-\lambda)(5-\lambda)(4-\lambda)\). Les racines sont donc \(\lambda_1=2\), \(\lambda_2=5\), \(\lambda_3=4\) : les valeurs propres d'une matrice triangulaire sont ses coefficients diagonaux.

b. \((M-4I)\vec v=\vec 0 \implies \begin{pmatrix}-2&0&0\\1&1&0\\3&-1&0\end{pmatrix}\vec v=\vec 0\)

\(L_1\) : \(-2v_1=0\implies v_1=0\). \(L_2\) : \(v_1+v_2=0\implies v_2=0\). \(L_3\) : \(3v_1-v_2=0\) automatiquement vérifiée, \(v_3\) libre. Un vecteur propre est \(\vec v_3=\begin{pmatrix}0\\0\\1\end{pmatrix}\).

Exercice 14 — Diagonalisation et calcul d'une puissance de matrice

Soit \(M=\begin{pmatrix}5&4\\1&2\end{pmatrix}\).

  1. Calculer les valeurs propres et vecteurs propres de \(M\).
  2. En déduire une matrice \(P\) et une matrice diagonale \(D\) telles que \(M=PDP^{-1}\).
  3. Calculer \(M^2\) à l'aide de la diagonalisation, puis vérifier par un produit matriciel direct.

a. \(\det(M-\lambda I)=(5-\lambda)(2-\lambda)-4=\lambda^2-7\lambda+6=(\lambda-1)(\lambda-6)=0\) donc \(\lambda_1=1\), \(\lambda_2=6\).

Pour \(\lambda_1=1\) : \(4v_1+4v_2=0\implies \vec v_1=\begin{pmatrix}1\\-1\end{pmatrix}\). Pour \(\lambda_2=6\) : \(-v_1+4v_2=0\implies \vec v_2=\begin{pmatrix}4\\1\end{pmatrix}\).

b. \(P=\begin{pmatrix}1&4\\-1&1\end{pmatrix}\), \(D=\begin{pmatrix}1&0\\0&6\end{pmatrix}\). \(\det(P)=1+4=5\), donc \(P^{-1}=\dfrac15\begin{pmatrix}1&-4\\1&1\end{pmatrix}\).

c. \(M^2=PD^2P^{-1}\) avec \(D^2=\begin{pmatrix}1&0\\0&36\end{pmatrix}\) :

\[ M^2=\begin{pmatrix}1&4\\-1&1\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&0\\0&36\end{pmatrix}\dfrac15\begin{pmatrix}1&-4\\1&1\end{pmatrix} =\dfrac15\begin{pmatrix}1&144\\-1&36\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1&-4\\1&1\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}29&28\\7&8\end{pmatrix} \]

Vérification directe : \(M^2=\begin{pmatrix}5&4\\1&2\end{pmatrix}\begin{pmatrix}5&4\\1&2\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}25+4&20+8\\5+2&4+4\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}29&28\\7&8\end{pmatrix}\) ✓

E. Applications : transformations, mécanique, économie

Exercice 15 — Rotation d'un point (CAO)

Un technicien en CFAO doit faire tourner un point \(P(2\,;2)\) d'un angle de \(45°\) autour de l'origine.

x y 45° P(2 ; 2) P′(0 ; 2,83)

Rotation de \(45°\) : le point \(P(2\,;2)\) devient \(P'(0\,;\,2\sqrt2)\). La distance à l'origine est conservée.

  1. Écrire la matrice de rotation \(R_{45°}\).
  2. Calculer les coordonnées de \(P'\), image de \(P\) par cette rotation.
  3. Vérifier que \(\|OP'\|=\|OP\|\).

a. \(R_{45°}=\begin{pmatrix}\cos45°&-\sin45°\\\sin45°&\cos45°\end{pmatrix}=\dfrac{\sqrt2}{2}\begin{pmatrix}1&-1\\1&1\end{pmatrix}\)

b. \(P'=R_{45°}\begin{pmatrix}2\\2\end{pmatrix}=\dfrac{\sqrt2}{2}\begin{pmatrix}2-2\\2+2\end{pmatrix}=\dfrac{\sqrt2}{2}\begin{pmatrix}0\\4\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0\\2\sqrt2\end{pmatrix}\approx\begin{pmatrix}0\\2{,}83\end{pmatrix}\)

c. \(\|OP\|=\sqrt{2^2+2^2}=\sqrt8=2\sqrt2\). \(\|OP'\|=\sqrt{0^2+(2\sqrt2)^2}=\sqrt8=2\sqrt2\) ✓ — la rotation conserve les distances.

Exercice 16 — Composée de deux transformations (CFAO)

Un technicien en CFAO applique successivement à un vecteur \(\vec v=(1\,;2)\) une mise à l'échelle de facteurs \(2\) selon \(x\) et \(3\) selon \(y\), puis une rotation de \(90°\).

x y v(1 ; 2) Mv(−6 ; 2)

Le vecteur \(\vec v=(1\,;2)\) devient \(M\vec v=(-6\,;2)\) après la composée mise à l'échelle puis rotation \(90°\).

  1. Écrire la matrice d'échelle \(S\) et la matrice de rotation \(R_{90°}\).
  2. Calculer la matrice \(M=R_{90°}\cdot S\) de la transformation composée.
  3. Calculer \(M\vec v\).

a. \(S=\begin{pmatrix}2&0\\0&3\end{pmatrix}\), \(R_{90°}=\begin{pmatrix}0&-1\\1&0\end{pmatrix}\)

b. \(M=R_{90°}\cdot S=\begin{pmatrix}0&-1\\1&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}2&0\\0&3\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0&-3\\2&0\end{pmatrix}\)

c. \(M\vec v=\begin{pmatrix}0&-3\\2&0\end{pmatrix}\begin{pmatrix}1\\2\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0-6\\2+0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-6\\2\end{pmatrix}\)

Attention : l'ordre des matrices importe — \(S\cdot R_{90°}\ne R_{90°}\cdot S\) en général.

Exercice 17 — Équilibre de trois forces par inversion de matrice

Un bureau d'études détermine trois efforts d'appui \(F_1, F_2, F_3\) (en N) d'une structure, solutions du système \(AX=B\) avec :

\[ A=\begin{pmatrix}1&1&1\\0&2&-1\\3&0&2\end{pmatrix}, \qquad B=\begin{pmatrix}30\\-5\\60\end{pmatrix} \]
  1. Déterminer \(A^{-1}\) par la méthode de Gauss-Jordan.
  2. En déduire \(X=A^{-1}B\), c'est-à-dire les efforts \(F_1, F_2, F_3\).

a. Après élimination de Gauss-Jordan sur \([A|I_3]\), on obtient :

\[ A^{-1}=\begin{pmatrix}-0{,}8&0{,}4&0{,}6\\0{,}6&0{,}2&-0{,}2\\1{,}2&-0{,}6&-0{,}4\end{pmatrix} =\frac15\begin{pmatrix}-4&2&3\\3&1&-1\\6&-3&-2\end{pmatrix} \]

b. \[ X=A^{-1}B=\frac15\begin{pmatrix}-4&2&3\\3&1&-1\\6&-3&-2\end{pmatrix}\begin{pmatrix}30\\-5\\60\end{pmatrix} =\frac15\begin{pmatrix}-120-10+180\\90-5-60\\180+15-120\end{pmatrix} =\frac15\begin{pmatrix}50\\25\\75\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}10\\5\\15\end{pmatrix} \]

Donc \(F_1=10\,\text{N}\), \(F_2=5\,\text{N}\), \(F_3=15\,\text{N}\).

Vérification : \(10+5+15=30\) ✓, \(2(5)-15=-5\) ✓, \(3(10)+2(15)=60\) ✓

Exercice 18 — Modèle input-output (économie de gestion)

Une petite économie à deux secteurs (agriculture, industrie) a une matrice des coefficients techniques \(A=\begin{pmatrix}0{,}2&0{,}3\\0{,}4&0{,}1\end{pmatrix}\) : le coefficient \(a_{ij}\) est la quantité du secteur \(i\) nécessaire pour produire une unité du secteur \(j\). La demande finale est \(D=\begin{pmatrix}100\\200\end{pmatrix}\). Le modèle de Leontief donne la production totale \(X\) vérifiant \((I-A)X=D\).

  1. Calculer la matrice \(I-A\) et son déterminant.
  2. Calculer \((I-A)^{-1}\).
  3. En déduire la production totale \(X=(I-A)^{-1}D\) de chaque secteur.

a. \(I-A=\begin{pmatrix}0{,}8&-0{,}3\\-0{,}4&0{,}9\end{pmatrix}\), \(\det(I-A)=0{,}8\times0{,}9-(-0{,}3)(-0{,}4)=0{,}72-0{,}12=0{,}6\)

b. \((I-A)^{-1}=\dfrac{1}{0{,}6}\begin{pmatrix}0{,}9&0{,}3\\0{,}4&0{,}8\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1{,}5&0{,}5\\0{,}667&1{,}333\end{pmatrix}\)

c. \(X=\begin{pmatrix}1{,}5&0{,}5\\0{,}667&1{,}333\end{pmatrix}\begin{pmatrix}100\\200\end{pmatrix} =\begin{pmatrix}150+100\\66{,}7+266{,}7\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}250\\333{,}3\end{pmatrix}\)

Le secteur agricole doit produire \(250\) unités et le secteur industriel environ \(333{,}3\) unités pour satisfaire la demande finale compte tenu des besoins inter-sectoriels.