MathClario
← Retour au niveau Prépa
Prépa🔤Algèbre●●●●○· 7 min

Diagonaliser une matrice 2×2 en 60 secondes

Trace, déterminant, discriminant. Trois calculs et hop, tes valeurs propres. Puis vecteurs propres en trois lignes chacun.

La méthode en 4 étapes

Soit A=(abcd)A = \begin{pmatrix} a & b \\ c & d \end{pmatrix}.

Étape 1 — Valeurs propres. Elles sont solutions de λ2tλ+det=0\lambda^2 - t\lambda + \det = 0 où :

  • t=tr(A)=a+dt = \text{tr}(A) = a + d (trace)
  • det=adbc\det = ad - bc (déterminant)

Étape 2 — Test de diagonalisabilité. Si Δ=t24det>0\Delta = t^2 - 4\det > 0 (deux valeurs propres distinctes), alors AA est diagonalisable dans R\mathbb{R}.

Étape 3 — Vecteurs propres. Pour chaque λ\lambda, résous (AλI)v=0(A - \lambda I) v = 0.

Étape 4 — La forme diagonale. A=PDP1A = P D P^{-1} avec D=(λ100λ2)D = \begin{pmatrix} \lambda_1 & 0 \\ 0 & \lambda_2 \end{pmatrix} et PP formée des vecteurs propres en colonnes.

Un exemple complet : A=(3102)A = \begin{pmatrix} 3 & 1 \\ 0 & 2 \end{pmatrix}

  • Trace : t=5t = 5. Det : det=6\det = 6.
  • Polynôme caractéristique : λ25λ+6=0\lambda^2 - 5\lambda + 6 = 0λ1=2,λ2=3\lambda_1 = 2, \lambda_2 = 3.
  • Vecteur propre pour λ1=2\lambda_1 = 2 : résoudre (1100)v=0\begin{pmatrix} 1 & 1 \\ 0 & 0 \end{pmatrix} v = 0v1=(11)v_1 = \begin{pmatrix} 1 \\ -1 \end{pmatrix}.
  • Vecteur propre pour λ2=3\lambda_2 = 3 : résoudre (0101)v=0\begin{pmatrix} 0 & 1 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} v = 0v2=(10)v_2 = \begin{pmatrix} 1 \\ 0 \end{pmatrix}.
  • D=(2003)D = \begin{pmatrix} 2 & 0 \\ 0 & 3 \end{pmatrix}, P=(1110)P = \begin{pmatrix} 1 & 1 \\ -1 & 0 \end{pmatrix}.

Cas Δ=0\Delta = 0 : attention

Une seule valeur propre double. La matrice est diagonalisable ssi l’espace propre associé est de dimension 2. Sinon, elle est seulement trigonalisable.

Cas Δ<0\Delta < 0

Pas de valeurs propres réelles → non diagonalisable dans R\mathbb{R}, mais l’est dans C\mathbb{C}.

?À toi de jouer

Les valeurs propres de A = ((4, 1), (2, 3)) sont :

#diagonalisation#matrice#valeur propre#algèbre linéaire#prépa

À voir aussi