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Matrices et opérations : quiz de Terminale expertes
Publié le 6 novembre 2026 · Mis à jour le 6 novembre 2026 · Signaler une erreur
L'essentiel
- On additionne deux matrices de même taille, terme à terme ; on multiplie une matrice par un réel en multipliant chaque coefficient.
- Le produit existe quand le nombre de colonnes de est égal au nombre de lignes de ; c'est un produit ligne par colonne, pas terme à terme.
- En général : la multiplication matricielle n'est pas commutative, mais elle est associative et distributive.
- Pour une matrice diagonale, les puissances se calculent terme à terme ; sinon, on calcule , … par produits successifs.
Avant de commencer
Ce quiz couvre les opérations de base sur les matrices en mathématiques expertes : somme, multiplication par un réel, produit de deux matrices, produit d'une matrice par une colonne, matrice identité et puissances d'une matrice carrée. Ces notions figurent au programme du chapitre « Graphes et matrices » 1.
Les opérations usuelles du calcul matriciel ont été définies par Arthur Cayley, dans un traité publié en 1854 4. Tu les retrouveras ensuite pour inverser une matrice, résoudre des systèmes et étudier des graphes.
Quiz
17 questions · correction immédiate · ton score reste sur ton appareil.
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On additionne les coefficients situés à la même place : , , et . La deuxième réponse est le produit terme à terme, qui n'est pas la somme. La troisième contient une erreur de calcul sur le dernier coefficient (, pas ). La dernière est le produit , une tout autre opération.
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Multiplier une matrice par un réel revient à multiplier chacun de ses coefficients par ce réel 4, y compris les zéros (qui restent nuls). La deuxième réponse ne multiplie que le coefficient en haut à gauche. La troisième ajoute au lieu de multiplier. La dernière oublie le coefficient .
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Le nombre de colonnes de (3) est égal au nombre de lignes de (3), donc le produit existe. Il a autant de lignes que (2) et autant de colonnes que (4). La réponse « 3 et 3 » confond avec les dimensions communes, qui disparaissent dans le produit. La réponse « 2 et 3 » garde la taille de sans tenir compte de . Enfin, le produit est bien défini ici : c'est la condition sur les tailles qui est remplie.
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C'est faux : a 3 colonnes mais n'a que 2 lignes, donc on ne peut pas former les produits ligne par colonne. L'erreur tentante est de croire que deux matrices de même taille se multiplient toujours, par analogie avec l'addition. Seule la somme demande des tailles identiques ; le produit demande « colonnes de la première = lignes de la seconde ».
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On calcule . Le résultat est une matrice de taille , que l'on identifie au nombre . L'erreur fréquente est d'oublier le signe de et d'obtenir .
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Chaque coefficient est un produit ligne par colonne : , , , . La deuxième réponse multiplie terme à terme, ce qui n'est pas le produit matriciel. La troisième est , obtenue en inversant l'ordre des facteurs. La dernière a une erreur sur le dernier coefficient ().
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C'est faux. Avec les matrices de la question précédente, alors que . Un seul contre-exemple suffit à réfuter la propriété. On dit que la multiplication matricielle n'est pas commutative ; il faut donc toujours respecter l'ordre des facteurs.
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Ce coefficient est le produit de la 2e ligne de , soit , par la 2e colonne de , soit en colonne : . L'erreur classique consiste à prendre la 2e ligne de ou la 2e colonne de , c'est-à-dire à inverser les rôles.
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La matrice identité joue pour le produit matriciel le rôle du nombre pour la multiplication des nombres : . Elle ne donne pas la matrice nulle (ce serait le rôle de la matrice dont tous les coefficients valent , pour l'addition). Elle ne renvoie pas non plus , sauf si , et ne double rien.
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Pour des matrices diagonales, les opérations se font terme à terme 3. On a donc et le coefficient cherché vaut . L'erreur tentante est de calculer (carré au lieu du cube) ou en additionnant au lieu de multiplier.
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On calcule : , , , . La deuxième réponse élève chaque coefficient au carré (), ce qui n'est valable que pour une matrice diagonale, et ne l'est pas. La troisième calcule , la dernière comporte une erreur sur le coefficient en bas à droite.
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L'addition est commutative, le produit est distributif sur l'addition et associatif ; Cayley a montré l'associativité et la distributivité de la multiplication 4. Seule l'égalité est fausse en général : on a vu qu'un même couple de matrices peut donner . Cocher cette case revient à traiter les matrices comme des nombres.
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C'est Arthur Cayley qui définit en 1854 les opérations usuelles du calcul matriciel 4. Heisenberg, Born et Jordan sont associés à la mécanique matricielle, qui utilise des matrices infinies 4, et von Neumann a ensuite précisé les fondements de la mécanique quantique 4. Leibniz est cité pour une formule de déterminant 5, pas pour cette date.
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On fait le produit de chaque ligne de par la colonne : et . La deuxième réponse oublie le terme de la première ligne. La troisième additionne au lieu de multiplier. La dernière échange les deux lignes du résultat.
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On a vu que . En multipliant encore par , on obtient , puis avec et avec : à chaque produit, le coefficient en haut à droite augmente de . L'erreur fréquente est de croire que ce coefficient reste égal à en élevant terme à terme.
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C'est faux. Avec , on obtient alors que n'est pas nulle. La règle du produit nul, valable pour les nombres, ne s'applique pas aux matrices : on ne peut donc pas « simplifier » un produit nul en annulant un facteur.
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C'est vrai : le programme cite la matrice d'adjacence d'un graphe parmi les exemples de représentations matricielles 1, et les matrices permettent d'encoder les graphes finis, orientés ou pondérés 4. Penser que les matrices ne servent qu'à résoudre des systèmes est une vision trop étroite ; c'est précisément ce qui prépare la suite du chapitre.
Les questions qu'on se pose
Comment savoir si je peux multiplier deux matrices ?
Regarde les tailles : le facteur de gauche doit avoir autant de colonnes que le facteur de droite a de lignes. Si est de taille et de taille , alors existe et sa taille est . Note les tailles au brouillon avant tout calcul : tu évites ainsi de longs calculs inutiles.
Pourquoi $AB$ et $BA$ sont-ils différents en général ?
Dans , on combine les lignes de avec les colonnes de ; dans , c'est l'inverse, et les coefficients obtenus ne sont pas les mêmes. Il peut même arriver que l'un des deux produits existe et pas l'autre. Garde donc l'ordre des facteurs dans tous tes calculs, et ne simplifie jamais en échangeant deux matrices.
À quoi servent les matrices dans ce chapitre ?
Sources
Programme visé : Programme de mathématiques expertes en Terminale générale — Chapitre Graphes et matrices · Ministère de l'Éducation nationale (Éduscol)
- Programme de mathématiques expertes en Terminale générale — Chapitre Graphes et matrices, Ministère de l'Éducation nationale (Éduscol). Consulté le 6 novembre 2026.
- Ressources Éduscol — Graphes et matrices, Ministère de l'Éducation nationale (Éduscol). Consulté le 6 novembre 2026.
- Chapitre 11 : Matrices — Cours universitaire BCPST, Université Aix-Marseille. Consulté le 6 novembre 2026.
- Matrice (mathématiques), Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
- Calcul du déterminant d'une matrice, Wikipédia. Consulté le 6 novembre 2026.
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