ENSIMAG 1`ere ann´ee (2008-09) TD M´ethodes num´eriques
Feuille 4
Conditionnement des matrices
Exercice 1 :
Soit AMn(R) inversible et bRn. On consid`ere la solution xdu syst`eme
Ax =b, et la solution x+δx du syst`eme A(x+δx) = b+δb dont le second
membre est perturb´e par un vecteur δb Rn. On se donne une norme sur
Rnet on munit Mn(R) de la norme induite associ´ee.
1- Montrer que
kδxk
kxkκ(A)kδbk
kbk,(1)
o`u
κ(A) = kAk kA1k(2)
est appel´e conditionnement de la matrice Apour la norme consid´er´ee.
2- Montrer qu’il existe bRnet δb Rntels que (1) soit remplac´e par une
´egalit´e.
3- Montrer que κ(A)1.
4- Montrer que κ(AB)κ(A)κ(B).
Exercice 2 : Soit AMn(R) inversible. On munit Rnde la norme eucli-
dienne et Mn(R) de la norme induite associ´ee. On note κ2(A) le condition-
nement de la matrice Apour la norme euclidienne.
1- Montrer que la matrice AtAest sym´etrique d´efinie positive.
2- On note σmax,σmin respectivement la plus grande et la plus petite valeur
propre de AtA. Montrer que
κ2(A) = rσmax
σmin
.(3)
Indication : on pourra utiliser la propri´et´e kAk2=pρ(AtA).
1
3- Montrer que si Aest sym´etrique d´efinie positive alors
κ2(A) = λmax
λmin
,(4)
o`u λmax,λmin esignent respectivement la plus grande et la plus petite valeur
propre de A.
4- Calculer κ2(A) pour la matrice AMn(R) suivante
A=
21 0 · · · 0
1 2 1 0 .
.
.
01......0
.
.
. 0 ...21
0· · · 01 2
(cette matrice est celle du syst`eme lin´eaire obtenu en discr´etisant par diff´erences
finies l’´equation de Poisson unidimensionnelle avec conditions aux limites de
Dirichlet, cf. feuille de TD n1).
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