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Fahmio
Fahmio
Bac Tunisie
MX-GMatrices et systèmes linéaires

Le problème de matrices Informatique : déterminant, A−1A^{-1} tirée de A2+aA=bI3A^2+aA=bI_3, système (S)(S), puis coefficients d'un polynôme complexe, d'une suite ou d'une fonction

Idée directrice

L'exercice de matrices de la section Informatique est une chaîne dont chaque étape sert la suivante : le déterminant prouve que AA est inversible, une relation matricielle donnée (un produit A×B=kI3A\times B=kI_3, ou une relation A2+aA=bI3A^2+aA=bI_3 qu'on factorise en A(A+aI3)=bI3A\left(A+aI_3\right)=bI_3) fournit A−1A^{-1} sans calcul de cofacteurs, et X=A−1YX=A^{-1}Y résout le système (S)(S). Depuis 2024, la dernière partie traduit le plus souvent un autre problème — les coefficients d'un polynôme complexe soumis à des conditions, ceux d'une suite un+1=aun+bn+cu_{n+1}=au_n+bn+c, des prix — en exactement ce système : on reconnaît (S)(S), on réutilise sa solution, puis on exploite les coefficients obtenus.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« Calculer le déterminant de AA et en déduire que AA est inversible » ; « Calculer A2A^2 et en déduire que A2+4A=5I3A^2+4A=5I_3 » ; « Montrer que A×B=kI3A\times B=kI_3, et en déduire A−1A^{-1} » ; « En utilisant l'écriture matricielle du système (S)(S), résoudre (S)(S) » ; « Montrer que le triplet (a,b,c)(a,b,c) est la solution du système (S)(S) » ; « sont équivalentes au système » ; « Montrer que la situation se traduit par le système (S)(S) »

Besoin d’un point de départ ? Voir la méthode
  • « En déduire que AA est inversible » : calculer det⁡A\det A en développant suivant une ligne (de préférence celle qui contient un 00 ou le paramètre) et constater qu'il est non nul.
  • Relation A2+aA=bI3A^2+aA=bI_3 avec b≠0b\neq0 : factoriser à gauche par AA, A(A+aI3)=bI3A\left(A+aI_3\right)=bI_3, d'où A−1=1b(A+aI3)A^{-1}=\dfrac1b\left(A+aI_3\right) ; relation A×B=kI3A\times B=kI_3 : A−1=1kBA^{-1}=\dfrac1kB.
  • Système : poser XX et YY, écrire AX=YAX=Y, puis X=A−1YX=A^{-1}Y (multiplication à gauche) et vérifier la solution dans les trois équations.
  • Modélisation : traduire chaque condition en une équation linéaire (partie réelle et partie imaginaire d'un complexe nul, relation de récurrence pour n=0,1,2n=0,1,2, point et pente d'une courbe), puis reconnaître (S)(S) au lieu de le résoudre à nouveau.
  • Terminer en exploitant les coefficients : factoriser P(z)P(z) et résoudre, suite auxiliaire géométrique, étude de la fonction.
Les pièges à vérifier dans ta démarche

Écrire A−1=1AA^{-1}=\dfrac{1}{A} ou « diviser par AA » : on obtient A−1A^{-1} uniquement en exhibant une matrice MM telle que A×M=I3A\times M=I_3 ; calculer YA−1YA^{-1} au lieu de A−1YA^{-1}Y (le produit matriciel n'est pas commutatif, et YA−1YA^{-1} n'a même pas de sens pour une colonne YY) ; dans P(1)=0P(1)=0, oublier qu'un complexe nul donne deux équations réelles, ou garder la partie réelle de P(i)P(i) quand l'énoncé impose sa partie imaginaire ; dans le système de modélisation, ranger les inconnues dans un autre ordre que celui de (S)(S) et ne plus le reconnaître ; conclure que AA n'est pas inversible parce qu'un coefficient de AA est nul.

Sujet principal

Exercice 1 — matrices et système (5 points), dans l'esprit des sessions Informatique 2022–2026

4 questionsCorrigé masqué

On considère les matrices

A=(11−1603−421),I3=(100010001).A=\begin{pmatrix}1&1&-1\\6&0&3\\-4&2&1\end{pmatrix},\quad I_3=\begin{pmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\end{pmatrix}.
  1. Inverse de AA.
    1. Calculer le déterminant de AA et en déduire que AA est inversible. (On notera A−1A^{-1} la matrice inverse de AA.)
    2. Calculer A2A^2 et vérifier que A2+A=12I3A^2+A=12I_3.
    3. En déduire que A−1=112(A+I3)A^{-1}=\dfrac1{12}\left(A+I_3\right), puis écrire la matrice A−1A^{-1}.
  2. On considère le système (S)(S) suivant, où xx, yy et zz sont des réels : {x+y−z=06x+3z=0−4x+2y+z=−12\begin{cases}x+y-z=0\\6x+3z=0\\-4x+2y+z=-12\end{cases}
    1. Donner l'écriture matricielle de (S)(S).
    2. Résoudre alors le système (S)(S) dans R3\R^3.
  3. Pour tout nombre complexe zz, on considère P(z)=az3+(−b+3ia)z2+(2b+3ia−2c)z+c(1+3i)P(z)=az^3+(-b+3ia)z^2+(2b+3ia-2c)z+c(1+3i), où aa, bb et cc sont des réels tels que P(1)=0P(1)=0 et Im⁡(P(i))=−12\operatorname{Im}\left(P(i)\right)=-12 (Im⁡(P(i))\operatorname{Im}(P(i)) désigne la partie imaginaire de P(i)P(i)).
    1. Montrer que P(1)=(a+b−c)+i(6a+3c)P(1)=(a+b-c)+i(6a+3c) et que P(i)=(−3a+b+c)+i(−4a+2b+c)P(i)=(-3a+b+c)+i(-4a+2b+c).
    2. Montrer que les conditions P(1)=0P(1)=0 et Im⁡(P(i))=−12\operatorname{Im}\left(P(i)\right)=-12 sont équivalentes au système {a+b−c=06a+3c=0−4a+2b+c=−12\begin{cases}a+b-c=0\\6a+3c=0\\-4a+2b+c=-12\end{cases}
    3. En déduire que P(z)=z3+(3+3i)z2+(−2+3i)z−2−6iP(z)=z^3+(3+3i)z^2+(-2+3i)z-2-6i.
  4. Résolution de l'équation P(z)=0P(z)=0.
    1. Vérifier que, pour tout nombre complexe zz, P(z)=(z−1)(z2+(4+3i)z+2+6i)P(z)=(z-1)\left(z^2+(4+3i)z+2+6i\right).
    2. Résoudre alors dans C\C l'équation P(z)=0P(z)=0.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Idée : développer suivant la première ligne ; une matrice carrée est inversible si et seulement si son déterminant est non nul.

det⁡A=1(0−6)−1(6+12)+(−1)(12−0)\det A=1(0-6)-1(6+12)+(-1)(12-0)

donc det⁡A=−6−18−12=−36≠0\det A=-6-18-12=\boxed{-36}\neq0 : la matrice AA est inversible.

1.b Produit ligne par colonne (par exemple, le coefficient de la ligne 2, colonne 1 vaut 6×1+0×6+3×(−4)=−66\times1+0\times6+3\times(-4)=-6) :

A2=(11−11−612−34−211)A^2=\begin{pmatrix}11&-1&1\\-6&12&-3\\4&-2&11\end{pmatrix}

En ajoutant AA coefficient par coefficient, les termes hors diagonale s'annulent (−1+1=0-1+1=0, 1−1=01-1=0, −6+6=0-6+6=0, …) et les termes diagonaux valent 11+111+1, 12+012+0 et 11+111+1, soit 1212 : A2+A=12I3\boxed{A^2+A=12I_3}.

1.c Idée : factoriser par AA pour faire apparaître un produit égal à I3I_3. A2+A=A(A+I3)=12I3A^2+A=A\left(A+I_3\right)=12I_3, donc A×112(A+I3)=I3A\times\dfrac1{12}\left(A+I_3\right)=I_3, ce qui donne :

A−1=112(A+I3)A^{-1}=\frac1{12}\left(A+I_3\right)
A−1=112(21−1613−422)A^{-1}=\frac1{12}\begin{pmatrix}2&1&-1\\6&1&3\\-4&2&2\end{pmatrix}

2.a On pose X=(xyz)X=\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix} et Y=(00−12)Y=\begin{pmatrix}0\\0\\-12\end{pmatrix} : les coefficients de (S)(S) sont exactement ceux de AA, donc (S)  ⟺  AX=Y(S)\iff AX=Y.

2.b Idée : AA est inversible, on multiplie à gauche par A−1A^{-1}. AX=Y  ⟺  X=A−1YAX=Y\iff X=A^{-1}Y :

X=112(12−36−24)=(1−3−2)X=\frac1{12}\begin{pmatrix}12\\-36\\-24\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\-3\\-2\end{pmatrix}

La solution unique de (S)(S) est (1 ; −3 ; −2)\boxed{(1\,;\,-3\,;\,-2)}. Vérification : 1−3+2=01-3+2=0, 6−6=06-6=0 et −4−6−2=−12-4-6-2=-12.

3.a On remplace zz par 11, puis on regroupe parties réelle et imaginaire (aa, bb, cc sont réels) :

P(1)=a−b+3ia+2b+3ia−2c+c+3icP(1)=a-b+3ia+2b+3ia-2c+c+3ic

soit P(1)=(a+b−c)+i(6a+3c)P(1)=(a+b-c)+i(6a+3c). Avec i2=−1i^2=-1 et i3=−ii^3=-i :

P(i)=−ia+b−3ia+2ib−3a−2ic+c+3icP(i)=-ia+b-3ia+2ib-3a-2ic+c+3ic

soit P(i)=(−3a+b+c)+i(−4a+2b+c)P(i)=(-3a+b+c)+i(-4a+2b+c).

3.b Idée : un nombre complexe est nul si et seulement si ses parties réelle et imaginaire sont nulles. P(1)=0  ⟺  a+b−c=0P(1)=0\iff a+b-c=0 et 6a+3c=06a+3c=0 ; la condition Im⁡(P(i))=−12\operatorname{Im}\left(P(i)\right)=-12 s'écrit −4a+2b+c=−12-4a+2b+c=-12. Les deux conditions équivalent donc au système annoncé.

3.c Ce système est le système (S)(S) de la question 2, les inconnues s'appelant aa, bb, cc au lieu de xx, yy, zz. D'après 2.b, a=1a=1, b=−3b=-3 et c=−2c=-2. On remplace : −b+3ia=3+3i-b+3ia=3+3i, 2b+3ia−2c=−6+3i+4=−2+3i2b+3ia-2c=-6+3i+4=-2+3i et c(1+3i)=−2−6ic(1+3i)=-2-6i, d'où P(z)=z3+(3+3i)z2+(−2+3i)z−2−6i\boxed{P(z)=z^3+(3+3i)z^2+(-2+3i)z-2-6i}.

4.a On développe :

(z−1)(z2+(4+3i)z+2+6i)(z-1)\left(z^2+(4+3i)z+2+6i\right)

=z3+(4+3i)z2+(2+6i)z−z2−(4+3i)z−2−6i=z3+(3+3i)z2+(−2+3i)z−2−6i=P(z)=z^3+(4+3i)z^2+(2+6i)z-z^2-(4+3i)z-2-6i=z^3+(3+3i)z^2+(-2+3i)z-2-6i=P(z).

4.b Idée : un produit est nul si et seulement si l'un de ses facteurs est nul ; le facteur du second degré se résout avec son discriminant. P(z)=0  ⟺  z=1P(z)=0\iff z=1 ou z2+(4+3i)z+2+6i=0z^2+(4+3i)z+2+6i=0. Pour cette équation du second degré :

Δ=(4+3i)2−4(2+6i)\Delta=(4+3i)^2-4(2+6i)

Δ=7+24i−8−24i=−1=i2\Delta=7+24i-8-24i=-1=i^2 : une racine carrée de Δ\Delta est δ=i\delta=i. Les solutions sont z1=−4−3i+i2=−2−iz_1=\dfrac{-4-3i+i}{2}=-2-i et z2=−4−3i−i2=−2−2iz_2=\dfrac{-4-3i-i}{2}=-2-2i.

L'ensemble des solutions de P(z)=0P(z)=0 est {1 ; −2−i ; −2−2i}\boxed{\{1\,;\,-2-i\,;\,-2-2i\}}.

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Variantes rencontrées : inverse lue dans A×B=kI3A\times B=kI_3 avec kk négatif ou grand (−18I3-18I_3 en principale 2024, −56I3-56I_3 en contrôle 2026) ; relation A2+4A=5I3A^2+4A=5I_3 (principale 2026) ou A2+A=2I3A^2+A=2I_3 (principale 2023) ; déterminant à paramètre de la forme 3a−43a-4 (contrôle 2022) ou −4a+8-4a+8 (principale 2019), valeur non inversible, puis, pour une valeur particulière du paramètre, relation M2+2M=−I3M^2+2M=-I_3 d'où M−1=−M−2I3M^{-1}=-M-2I_3 (contrôle 2022) ou produit A×B=4I3A\times B=4I_3 (principale 2019) ; modélisation vers les coefficients d'une suite un+1=aun+bn+cu_{n+1}=au_n+bn+c puis suite géométrique auxiliaire (principale 2024), vers les prix de trois types de cahiers (principale 2025), vers les chiffres d'un entier NN (contrôle 2025), vers les coefficients d'un polynôme complexe avec P(1)=0P(1)=0 et Re⁡(P(−1))=8\operatorname{Re}(P(-1))=8 (contrôle 2026), ou vers f(x)=(ax2+bx+c)e−xf(x)=(ax^2+bx+c)e^{-x} à partir d'une courbe (principale 2017).

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

1 Drill MX-G.1 — déterminant à paramètre : la valeur non inversible, puis A×B=4I3A\times B=4I_3
Entraînement 01 / 03

Drill MX-G.1 — déterminant à paramètre : la valeur non inversible, puis A×B=4I3A\times B=4I_3

2 questionsCorrigé masqué

Pour tout réel mm, on considère la matrice

Mm=(m31130111).M_m=\begin{pmatrix}m&3&1\\1&3&0\\1&1&1\end{pmatrix}.
  1. Déterminant.
    1. Montrer que le déterminant de MmM_m est égal à 3m−53m-5.
    2. Pour quelle valeur de mm la matrice MmM_m n'est-elle pas inversible ?
  2. Dans la suite, on prend m=3m=3 et on note A=M3A=M_3. On donne la matrice B=(3−2−3−121−206)B=\begin{pmatrix}3&-2&-3\\-1&2&1\\-2&0&6\end{pmatrix}.
    1. Justifier que AA est inversible.
    2. Calculer A×BA\times B et en déduire A−1A^{-1}.
    3. Résoudre dans R3\R^3 le système (S)(S) : {3x+3y+z=6x+3y=−1x+y+z=4\begin{cases}3x+3y+z=6\\x+3y=-1\\x+y+z=4\end{cases}
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Idée : développer suivant la première ligne, la seule qui contient mm.

det⁡Mm=m(3−0)−3(1−0)+1(1−3)\det M_m=m(3-0)-3(1-0)+1(1-3)

donc det⁡Mm=3m−3−2=3m−5\det M_m=3m-3-2=\boxed{3m-5}.

1.b MmM_m n'est pas inversible si et seulement si det⁡Mm=0\det M_m=0, soit 3m−5=03m-5=0 : m=53\boxed{m=\dfrac53}. Pour toute autre valeur de mm, la matrice MmM_m est inversible.

2.a m=3≠53m=3\neq\dfrac53 : det⁡A=3×3−5=4≠0\det A=3\times3-5=4\neq0, donc AA est inversible.

2.b Ligne 1 de AA par les colonnes de BB : 9−3−2=49-3-2=4, −6+6+0=0-6+6+0=0, −9+3+6=0-9+3+6=0 ; ligne 2 : 3−3=03-3=0, −2+6=4-2+6=4, −3+3=0-3+3=0 ; ligne 3 : 3−1−2=03-1-2=0, −2+2=0-2+2=0, −3+1+6=4-3+1+6=4. Donc A×B=4I3A\times B=4I_3, c'est-à-dire A×14B=I3A\times\dfrac14B=I_3 :

A−1=14B=14(3−2−3−121−206)A^{-1}=\frac14B=\frac14\begin{pmatrix}3&-2&-3\\-1&2&1\\-2&0&6\end{pmatrix}

2.c Idée : reconnaître la matrice AA dans les coefficients du système. On pose X=(xyz)X=\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix}, Y=(6−14)Y=\begin{pmatrix}6\\-1\\4\end{pmatrix} : (S)  ⟺  AX=Y  ⟺  X=A−1Y(S)\iff AX=Y\iff X=A^{-1}Y.

X=14(18+2−12−6−2+4−12+0+24)=(2−13)X=\frac14\begin{pmatrix}18+2-12\\-6-2+4\\-12+0+24\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}2\\-1\\3\end{pmatrix}

La solution unique est (2 ; −1 ; 3)\boxed{(2\,;\,-1\,;\,3)} ; vérification : 6−3+3=66-3+3=6, 2−3=−12-3=-1, 2−1+3=42-1+3=4.

2 Drill MX-G.2 — suite un+1=aun+bn+cu_{n+1}=au_n+bn+c : les coefficients par le système, puis la forme explicite
Entraînement 02 / 03

Drill MX-G.2 — suite un+1=aun+bn+cu_{n+1}=au_n+bn+c : les coefficients par le système, puis la forme explicite

4 questionsCorrigé masqué

On considère les matrices

A=(1015112121), B=(−12−116−204−11−21).A=\begin{pmatrix}1&0&1\\5&1&1\\21&2&1\end{pmatrix},\ B=\begin{pmatrix}-1&2&-1\\16&-20&4\\-11&-2&1\end{pmatrix}.
  1. Inverse de AA.
    1. Montrer que la matrice AA est inversible.
    2. Calculer A×BA\times B et en déduire A−1A^{-1}.
  2. On considère le système (S)(S) : {x+z=55x+y+z=2121x+2y+z=73\begin{cases}x+z=5\\5x+y+z=21\\21x+2y+z=73\end{cases} où xx, yy et zz sont des réels. En utilisant l'écriture matricielle de (S)(S), résoudre (S)(S).
  3. Soit la suite (un)(u_n) définie sur N\N par u0=1u_0=1 et un+1=aun+bn+cu_{n+1}=au_n+bn+c pour tout n∈Nn\in\N, où aa, bb et cc sont trois réels. On donne u1=5u_1=5, u2=21u_2=21 et u3=73u_3=73.
    1. Montrer que le triplet (a,b,c)(a,b,c) est la solution du système (S)(S).
    2. En déduire que, pour tout n∈Nn\in\N, un+1=3un+4n+2u_{n+1}=3u_n+4n+2.
  4. Soit la suite (vn)(v_n) définie sur N\N par vn=un+2n+2v_n=u_n+2n+2.
    1. Montrer que (vn)(v_n) est une suite géométrique de raison 33.
    2. En déduire que, pour tout n∈Nn\in\N, un=3n+1−2n−2u_n=3^{n+1}-2n-2.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Suivant la première ligne : det⁡A=1(1−2)−0+1(10−21)=−1−11=−12≠0\det A=1(1-2)-0+1(10-21)=-1-11=\boxed{-12}\neq0, donc AA est inversible.

1.b Ligne 1 de AA : −1−11=−12-1-11=-12, 2−2=02-2=0, −1+1=0-1+1=0 ; ligne 2 : −5+16−11=0-5+16-11=0, 10−20−2=−1210-20-2=-12, −5+4+1=0-5+4+1=0 ; ligne 3 : −21+32−11=0-21+32-11=0, 42−40−2=042-40-2=0, −21+8+1=−12-21+8+1=-12. Donc A×B=−12I3A\times B=-12I_3 et

A−1=−112BA^{-1}=-\frac1{12}B

2. On pose X=(xyz)X=\begin{pmatrix}x\\y\\z\end{pmatrix} et Y=(52173)Y=\begin{pmatrix}5\\21\\73\end{pmatrix} : (S)  ⟺  AX=Y  ⟺  X=A−1Y(S)\iff AX=Y\iff X=A^{-1}Y.

X=−112(−36−48−24)=(342)X=-\frac1{12}\begin{pmatrix}-36\\-48\\-24\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}3\\4\\2\end{pmatrix}

La solution unique de (S)(S) est (3 ; 4 ; 2)\boxed{(3\,;\,4\,;\,2)}.

3.a Idée : écrire la relation de récurrence pour n=0n=0, 11, 22 ; chaque égalité est linéaire en aa, bb, cc.

  • n=0n=0 : u1=au0+cu_1=au_0+c, soit a+c=5a+c=5 ;
  • n=1n=1 : u2=au1+b+cu_2=au_1+b+c, soit 5a+b+c=215a+b+c=21 ;
  • n=2n=2 : u3=au2+2b+cu_3=au_2+2b+c, soit 21a+2b+c=7321a+2b+c=73.

Le triplet (a,b,c)(a,b,c) vérifie donc (S)(S), dont il est la solution (unique).

3.b D'après la question 2, a=3a=3, b=4b=4 et c=2c=2 : pour tout n∈Nn\in\N, un+1=3un+4n+2\boxed{u_{n+1}=3u_n+4n+2}.

4.a Idée : exprimer vn+1v_{n+1} en fonction de unu_n, puis factoriser par 33.

vn+1=3un+4n+2+2(n+1)+2v_{n+1}=3u_n+4n+2+2(n+1)+2

donc vn+1=3un+6n+6=3(un+2n+2)=3vnv_{n+1}=3u_n+6n+6=3\left(u_n+2n+2\right)=3v_n : (vn)(v_n) est géométrique de raison 33, de premier terme v0=u0+2=3v_0=u_0+2=3.

4.b vn=v0×3n=3n+1v_n=v_0\times3^n=3^{n+1}, et un=vn−2n−2u_n=v_n-2n-2, d'où un=3n+1−2n−2\boxed{u_n=3^{n+1}-2n-2}. Contrôle : u3=81−8=73u_3=81-8=73.

3 Drill MX-G.3 — f(x)=(ax2+bx+c)exf(x)=(ax^2+bx+c)e^x : trois renseignements sur la courbe, un système 3×33\times3
Entraînement 03 / 03

Drill MX-G.3 — f(x)=(ax2+bx+c)exf(x)=(ax^2+bx+c)e^x : trois renseignements sur la courbe, un système 3×33\times3

3 questionsCorrigé masqué

On considère les matrices

A=(1113211−11), B=(3−2−1−202−52−1).A=\begin{pmatrix}1&1&1\\3&2&1\\1&-1&1\end{pmatrix},\ B=\begin{pmatrix}3&-2&-1\\-2&0&2\\-5&2&-1\end{pmatrix}.
  1. La matrice AA et son inverse.
    1. Montrer que AA est inversible à l'aide de son déterminant.
    2. Calculer A×BA\times B et en déduire A−1A^{-1}.
  2. Soit ff la fonction définie sur R\R par f(x)=(ax2+bx+c)exf(x)=(ax^2+bx+c)e^x, où aa, bb et cc sont des réels, et C\mathscr C sa courbe dans un repère orthonormé. On sait que C\mathscr C passe par le point E(1 ; −e)E(1\,;\,-e), que la tangente à C\mathscr C en EE a pour coefficient directeur −2e-2e, et que C\mathscr C passe par le point F(−1 ; 5e−1)F\left(-1\,;\,5e^{-1}\right).
    1. Montrer que, pour tout réel xx, f′(x)=(ax2+(2a+b)x+b+c)exf'(x)=\left(ax^2+(2a+b)x+b+c\right)e^x.
    2. Montrer que les réels aa, bb et cc vérifient le système (S)(S) : {a+b+c=−13a+2b+c=−2a−b+c=5\begin{cases}a+b+c=-1\\3a+2b+c=-2\\a-b+c=5\end{cases}
    3. Écrire le système (S)(S) sous forme matricielle et en déduire l'expression de f(x)f(x).
  3. Exploitation.
    1. Vérifier que f′(x)=(x−2)(x+1)exf'(x)=(x-2)(x+1)e^x et en déduire les abscisses des points de C\mathscr C où la tangente est horizontale.
    2. Vérifier que la fonction GG définie sur R\R par G(x)=(x2−5x+6)exG(x)=(x^2-5x+6)e^x est une primitive de ff sur R\R, puis calculer ∫01f(x) dx\displaystyle\int_0^1 f(x)\,\dd x.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Suivant la première ligne : det⁡A=1(2+1)−1(3−1)+1(−3−2)=3−2−5=−4≠0\det A=1(2+1)-1(3-1)+1(-3-2)=3-2-5=\boxed{-4}\neq0, donc AA est inversible.

1.b Ligne 1 de AA : 3−2−5=−43-2-5=-4, −2+0+2=0-2+0+2=0, −1+2−1=0-1+2-1=0 ; ligne 2 : 9−4−5=09-4-5=0, −6+0+2=−4-6+0+2=-4, −3+4−1=0-3+4-1=0 ; ligne 3 : 3+2−5=03+2-5=0, −2+0+2=0-2+0+2=0, −1−2−1=−4-1-2-1=-4. Donc A×B=−4I3A\times B=-4I_3 et

A−1=−14BA^{-1}=-\frac14B

2.a Dérivée d'un produit, avec (ex)′=ex(e^x)'=e^x : f′(x)=(2ax+b)ex+(ax2+bx+c)ex=(ax2+(2a+b)x+b+c)exf'(x)=(2ax+b)e^x+(ax^2+bx+c)e^x=\left(ax^2+(2a+b)x+b+c\right)e^x.

2.b Idée : chaque renseignement donne une équation linéaire en aa, bb, cc.

  • E∈CE\in\mathscr C : f(1)=(a+b+c)e=−ef(1)=(a+b+c)e=-e, soit a+b+c=−1a+b+c=-1 ;
  • pente −2e-2e en EE : f′(1)=(a+2a+b+b+c)e=(3a+2b+c)e=−2ef'(1)=(a+2a+b+b+c)e=(3a+2b+c)e=-2e, soit 3a+2b+c=−23a+2b+c=-2 ;
  • F∈CF\in\mathscr C : f(−1)=(a−b+c)e−1=5e−1f(-1)=(a-b+c)e^{-1}=5e^{-1}, soit a−b+c=5a-b+c=5.

2.c On pose X=(abc)X=\begin{pmatrix}a\\b\\c\end{pmatrix} et Y=(−1−25)Y=\begin{pmatrix}-1\\-2\\5\end{pmatrix} : (S)  ⟺  AX=Y  ⟺  X=A−1Y(S)\iff AX=Y\iff X=A^{-1}Y.

X=−14(−412−4)=(1−31)X=-\frac14\begin{pmatrix}-4\\12\\-4\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}1\\-3\\1\end{pmatrix}

Donc a=1a=1, b=−3b=-3, c=1c=1 et f(x)=(x2−3x+1)ex\boxed{f(x)=(x^2-3x+1)e^x}.

3.a Avec a=1a=1, b=−3b=-3, c=1c=1 : f′(x)=(x2−x−2)ex=(x−2)(x+1)exf'(x)=(x^2-x-2)e^x=(x-2)(x+1)e^x. Comme ex>0e^x>0, f′(x)=0  ⟺  x=2f'(x)=0\iff x=2 ou x=−1x=-1 : la tangente est horizontale aux points d'abscisses −1\boxed{-1} et 2\boxed{2}.

3.b G′(x)=(2x−5)ex+(x2−5x+6)ex=(x2−3x+1)ex=f(x)G'(x)=(2x-5)e^x+(x^2-5x+6)e^x=(x^2-3x+1)e^x=f(x) : GG est une primitive de ff sur R\R. Donc

∫01f(x) dx=G(1)−G(0)=2e−6\int_0^1 f(x)\,\dd x=G(1)-G(0)=\boxed{2e-6}

soit environ −0,56-0{,}56 : l'intégrale est négative car f(x)f(x) a le signe de x2−3x+1x^2-3x+1, négatif sur ]3−52 ; 1]\left]\frac{3-\sqrt5}2\,;\,1\right] (plus de la moitié de l'intervalle) et positif seulement sur [0 ; 3−52[\left[0\,;\,\frac{3-\sqrt5}2\right[, avec 3−52≈0,38\frac{3-\sqrt5}2\approx0{,}38.

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