Résolution de Systèmes d'Équations Linéaires : Méthodes et Exemples

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Méthode : savoir résoudre un système p×n
de p équations à n inconnues
Privilégier la méthode par combinaison
On ne « change pas » une équation en multipliant les deux côtés par un même nombre.
On ne « change pas » un système en remplaçant une des deux équations par la somme
ou la différence des deux équations
Remarques : la méthode par substitution, qui consiste à « isoler » une inconnue dans une des
équation puis à puis à remplacer cette « lettre » en fonctions des autres dans les
autres équations, fait souvent apparaitre des fractions. Méthode conseillée !
Pour un système 3×3, indiquer systématiquement les combinaisons choisies.
Les calculs peuvent être longs et chacun choisira des combinaisons différentes.
Être astucieux ! (gain de temps !) Se méfier des petites erreurs de calculs/signe
Exemple avec un système de 2 équations à 2 inconnues
résoudre le système 
 d’où 

puis (L’1) + (L’2) 8y + 15y = 4 27 donc 23y = 23 d’où y = 
 1
et (L1) 3x + 4×(1) = 2 donc 3x = 2 + 4 et x =
2
Le couple solution du système est (x ; y) = (2 ; -1)
Remarque : par substitution (L1) 3x = 2 4y donc x =
puis (L2) 2
 5y = 9
Il y a des calculs de fractions pour résoudre cette équation dinconnue y.
Méthode pour un système de 3 équations à 3 inconnues (pivot de Gauss)
Lidée est déliminer progressivement les inconnues par combinaison. (Indiquer lesquelles !)
Les inconnues (nombres cherchés) sont x, y et z.
Pour plus de lisibilité, « garder » les alignements des coefficients/inconnues en colonne




Eliminer z dans L2 et L3 Eliminer y dans L3 « Remonter »
Calculer x puis y puis z



 

  





 

Vérifier si le triplet solution est cohérent, en remplaçant x, y et z par les valeurs trouvées dans le système initial
Contrôler ses résultats en résolvant ce système avec la calculatrice
Casio menu équation,
F1 simultané, puis
nombre dinconnues 3 solve
A quoi ça sert ?
Fonction « inconnue » Déterminer une équation de la parabole (P) passant par les points
système 3×3 du plan de coordonnées A( 1 ; 8) , B(1 ; 2) et C(3 ; 4)
La parabole est la courbe dune fonction du second degré f définie par f(x) = ax2 + bx + c
Il faut déterminer les coefficients a, b et c.


 donc 

 

 donc et 


d f(x) = x2 3x + 4 La parabole a pour équation y = x2 3x + 4 .
Vecteurs coplanaires système 3×2 les vecteurs
,
et
sont-ils coplanaires ?
Méthode à utiliser quand on ne « voit pas » de combinaison linéaire « évidente ».
Les coordonnées de
et ne sont pas proportionnelles donc
et sont non colinéaires et il sagit
de deux vecteurs directeurs dun plan. On cherche à exprimer le vecteur
comme combinaison
linéaire des vecteurs
et . Existe-t-il des coefficients a et b tels que a
+ b =
?
Garder léquation « en trop » en attente : soit légalité est rifiée et on a trouvé le couple (a ; b) cherché, soit
cest impossible et on ne peut pas exprimer le vecteur
comme combinaison linéaire des vecteurs
et
a
+ b =


 3L1 L2 

 
 



 



Par conséquent 
= 3
4 , ce qui signifie que les vecteurs
, et
sont coplanaires
Vecteurs non coplanaires système 3×2
,
et 
 sont-ils coplanaires ?
(même résolution au début ce pour lexemple précédent)
a
+ b =



 


La dernière égalité est impossible, donc
ne peut pas sécrire comme combinaison linéaire des
vecteurs
et (qui génèrent un plan) donc les vecteurs
, et
ne sont pas coplanaires.
Equation dun plan Déterminer une équation cartésienne du plan (P) de lespace passant
système 3×4 par les points de coordonnées A( 1 ; 1 ; 2) , B(2 ; 0 ; 1) et C(4 ; 1 ; 2)
Tout plan de lespace a une équation cartésienne de la forme ax + by + cz + d = 0


 donc 

 donc



Etre astucieux ici, on peut éliminer b et c avec un seul calcul
Comme il y a trois équations et 4 inconnues, donc une inconnue en plus, a, b et c vont sexprimer en fonction de d. On
va choisir une valeur (astucieuse) pour l inconnue d, pour que tous les coefficients soient des entiers. Ici d = 5 convient.
donc





 

Intersection de deux droites système 3×2
Méthode : avec deux des équations, calculer les deux paramètres t et k. Garder la 3e équation, « en trop »,
en attente. On conclura pour les deux droites, daprès cette égalité (vérifiée ou impossible) :
une unique solution, coordonnées (x ; y ; z) du point dintersection des deux droites
ensemble vide (il y a une égalité impossible), les deux droites sont soit parallèles, soit non coplanaires
une équation est « en trop » (car combinaison linéaire des deux autres) : les deux droites sont confondues
Voici les représentations paramétriques de deux droites (d) 

 et (d) 


Intersection ? 


 

 





or 
 la troisième équation est vérifiée donc (t ; k) = ( 12 ; 5)
Les droites (d) et (d) sont sécantes au point E de coordonnées 


Intersection de deux plans (P) et (P) déquations cartésiennes 2x y + z = 3 et x + 4y z = 5
système 2×3 Les réponses possibles sont :
Plans sécants, lintersection est une droite dont on va déterminer une représentation paramétrique.
chercher à exprimer deux des variables en fonction de la 3ième (ci-dessous x et y en fonction de z)
Plans strictement parallèles : intersection vide (on obtient une égalité « impossible »)
Plans confondus (on obtient une égalité « toujours vraie ») Poser t =
Intersection ? 


 
 


L’intersection des plans (P) et (P’) est la droite passant par le point A
 et de vecteur directeur



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