Choisissez l’opération et la taille des matrices (nombre de lignes et de colonnes), puis saisissez les coefficients dans les grilles. La transposée Aᵀ et la puissance Aⁿ n’utilisent que la matrice A.
Table des matières
-
Ce que vous pouvez faire sur cette page
-
À quoi sert ce calcul ?
-
Mode d'emploi
-
Formule
-
Symboles et termes
-
Ce qu’il est utile de savoir avant de commencer
-
Calculer avec Excel
-
Calculer avec Google Sheets
-
Calculer avec Python
-
Écrire la formule en LaTeX et autres langages mathématiques (à copier-coller)
-
Faire faire le calcul par ChatGPT
-
Les atouts de DataChef
-
Fonctions connexes
-
Liste des calculatrices NumberChef
Ce que vous pouvez faire sur cette page
- Calculez tout de suite la somme \(A+B\), la différence \(A-B\) et le produit \(AB\) de matrices de 2×2 à 4×4 (les formats rectangulaires comme 2×3 fonctionnent aussi)
- Vous pouvez aussi obtenir la transposée \(A^{T}\), qui échange lignes et colonnes, et les puissances \(A^{n}\) d’une matrice carrée (\(n\) de 1 à 10)
- Voyez comment se fait chaque calcul, comme le produit scalaire « ligne × colonne » de la multiplication, avec des étapes sur vos propres nombres
- Une explication simple des formules et des formules à copier-coller pour Excel, Google Sheets (PRODUITMAT, TRANSPOSE) et Python se trouvent aussi sur cette page
À quoi sert ce calcul ?
En infographie 3D, les transformations comme faire tourner ou agrandir un personnage se calculent en « multipliant les coordonnées par une matrice ». On peut regrouper plusieurs transformations en une seule matrice en multipliant d’abord les matrices entre elles.
Le GPU (processeur graphique) d’une console ou d’un ordinateur est un calculateur spécialisé, conçu pour faire des quantités énormes de ces produits de matrices.
Une image numérique est elle-même une matrice : la luminosité de chaque pixel rangée en lignes et en colonnes. Les filtres des applications photo, comme le flou ou la netteté, se calculent comme des opérations sur cette matrice.
Voir « une image comme une matrice » est aussi le point de départ des techniques d’IA comme la reconnaissance d’images.
Un système d’équations à beaucoup d’inconnues peut s’écrire sous la forme d’une seule équation, \(A\boldsymbol{x} = \boldsymbol{b}\), en rangeant les coefficients dans une matrice.
En calcul de structures des bâtiments et en analyse des circuits électriques, des milliers voire des dizaines de milliers d’équations sont mises sous cette forme et résolues d’un coup par des calculs matriciels sur ordinateur.
Écrivez les liaisons entre stations, ou entre personnes, dans une matrice avec « 1 si elles sont reliées, 0 sinon » (une matrice d’adjacence). Le coefficient de la ligne \(i\), colonne \(j\) de la puissance \(A^{n}\) donne alors « le nombre de façons d’aller de \(i\) à \(j\) en suivant exactement \(n\) liaisons ».
Cette idée est l’une des bases des calculateurs d’itinéraires et de l’analyse des « amis d’amis » dans les réseaux sociaux.
Les statistiques économiques nationales et régionales (en France, celles de l’INSEE) utilisent une grande matrice, le tableau entrées-sorties, qui montre combien chaque branche achète aux autres. L’effet d’entraînement, « si la demande augmente dans une branche, de combien la production augmente-t-elle dans les autres », s’estime par des calculs matriciels sur ce tableau (une méthode mise au point par Wassily Leontief, prix Nobel d’économie pour ce travail).
L’essentiel des calculs des IA qui traitent des textes et des images (les réseaux de neurones) consiste à répéter « multiplier une liste de nombres d’entrée par une matrice apprise ».
Comme une grande partie du calcul nécessaire pour entraîner et faire fonctionner une IA est faite de produits de matrices, les GPU, très efficaces pour les calculs matriciels, sont devenus indispensables au développement de l’IA.
Formule
Symboles et termes
Symboles
| \(A,\ B\) | A, B | Les noms donnés aux matrices. Par convention, on les note avec des lettres majuscules. |
| \(a_{ij}\) | a indice i j | Le coefficient de la matrice \(A\) situé ligne \(i\), colonne \(j\) (le nombre de la \(i\)-ième ligne en partant du haut et de la \(j\)-ième colonne en partant de la gauche). Les petites lettres en bas à droite (les indices) donnent sa place. |
| \(b_{ij}\) | b indice i j | Le coefficient de la matrice \(B\) situé ligne \(i\), colonne \(j\). Il se lit comme \(a_{ij}\) ; seul le nom de la matrice change. |
| \(m \times n\) | m fois n (m lignes, n colonnes) | La taille (le format) d’une matrice : \(m\) lignes (horizontales) et \(n\) colonnes (verticales). (Exemple : une matrice 2×3 a 2 nombres en hauteur et 3 en largeur, soit 6 nombres en tout.) |
| \(c_{ij}\) | c indice i j | Si l’on note \(C\) le produit \(AB\), le coefficient de \(C\) situé ligne \(i\), colonne \(j\). |
| \(A^{T}\) | transposée de A | La transposée de \(A\) : la matrice dont les lignes et les colonnes sont échangées. On l’écrit aussi \({}^{t}A\) ou \(A^{\top}\). |
| \(A^{n}\) | A puissance n | La matrice obtenue en multipliant \(n\) exemplaires de \(A\). Elle n’est définie que pour les matrices carrées. |
| \(\sum\) | sigma (somme) | Le symbole qui veut dire « additionner le tout ». \(\sum_{k=1}^{n} a_{ik} b_{kj}\) demande d’additionner \(a_{ik} b_{kj}\) pour chaque \(k\) de 1 à \(n\). |
Termes
| matrice | Des nombres rangés en rectangle (en lignes et en colonnes). Chaque nombre s’appelle un coefficient. Comme dans un tableur, une place se repère par « quelle ligne et quelle colonne ». |
| ligne | Une rangée horizontale de nombres dans une matrice. Les lignes se comptent à partir du haut : ligne 1, ligne 2, etc. Pensez aux lignes d’un cahier, qui vont de gauche à droite. |
| colonne | Une rangée verticale de nombres dans une matrice. Les colonnes se comptent à partir de la gauche : colonne 1, colonne 2, etc. Pensez aux colonnes d’un temple, qui se dressent de bas en haut. |
| coefficient | Chacun des nombres d’une matrice (on dit aussi terme ou élément). Le coefficient de la ligne \(i\), colonne \(j\) s’écrit avec des indices, comme \(a_{ij}\). |
| matrice carrée | Une matrice qui a autant de lignes que de colonnes (en forme de carré). Les puissances, ainsi que le déterminant et l’inverse (non traités sur cette page), n’existent que pour les matrices carrées. |
| transposée | La matrice dont les lignes et les colonnes sont échangées. La transposée d’une matrice \(m \times n\) est une matrice \(n \times m\). |
| produit scalaire | La valeur obtenue en associant deux listes de nombres terme à terme depuis le début, en multipliant chaque paire et en additionnant le tout. Dans le produit de matrices, le produit scalaire d’une ligne de A et d’une colonne de B donne un coefficient du produit. |
| algèbre linéaire | La branche des mathématiques qui étudie les matrices et les vecteurs. On l’étudie en première année après le bac (classes préparatoires, licence), et elle est à la base de l’infographie, des statistiques, de l’IA et de bien d’autres applications. |
Ce qu’il est utile de savoir avant de commencer
Voici ce qu’il est utile de savoir pour utiliser les calculs de cette page en comprenant ce qu’ils font.
| Opérations avec les nombres relatifs (5e-4e, 12-14 ans) |
|
| Calcul littéral et indices (de la 5e au lycée, 12-18 ans) |
|
| Puissances (4e, 13-14 ans) |
|
| Lignes et colonnes d’un tableau (dès l’école élémentaire) |
|
Calculer avec Excel
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 2 |
| Ligne 2 de la matrice A | 3 | 4 |
| Ligne 1 de la matrice B | 5 | 6 |
| Ligne 2 de la matrice B | 7 | 8 |
| Ligne 1 de A + B | =B1+B3 | =C1+C3 |
| Ligne 2 de A + B | =B2+B4 | =C2+C4 |
| Ligne 1 de la matrice A | 9 | 8 |
| Ligne 2 de la matrice A | 7 | 6 |
| Ligne 1 de la matrice B | 1 | 2 |
| Ligne 2 de la matrice B | 3 | 4 |
| Ligne 1 de A − B | =B1-B3 | =C1-C3 |
| Ligne 2 de A − B | =B2-B4 | =C2-C4 |
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 2 |
| Ligne 2 de la matrice A | 3 | 4 |
| Ligne 1 de la matrice B | 2 | 0 |
| Ligne 2 de la matrice B | 1 | 2 |
| AB (s’étend automatiquement depuis la ligne 1) | =PRODUITMAT(B1:C2;B3:C4) |
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 2 | 3 |
| Ligne 2 de la matrice A | 4 | 5 | 6 |
| Aᵀ (s’étend automatiquement depuis la ligne 1) | =TRANSPOSE(B1:D2) |
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 1 |
| Ligne 2 de la matrice A | 0 | 1 |
| A³ (s’étend automatiquement depuis la ligne 1) | =PRODUITMAT(PRODUITMAT(B1:C2;B1:C2);B1:C2) |
Utilisez la fonction PRODUITMAT pour le produit et la fonction TRANSPOSE pour la transposée. Dans les versions récentes d’Excel (comme Microsoft 365), le résultat s’étend automatiquement dans les cellules voisines (propagation). Dans le troisième tableau, AB vaut 4, 4, 10, 8, et dans le cinquième tableau, A³ vaut 1, 3, 0, 1.
Dans les anciennes versions d’Excel, sélectionnez d’abord une plage de la même taille que le résultat, tapez la formule, puis validez avec Ctrl+Maj+Entrée.
Calculer avec Google Sheets
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 2 |
| Ligne 2 de la matrice A | 3 | 4 |
| Ligne 1 de la matrice B | 5 | 6 |
| Ligne 2 de la matrice B | 7 | 8 |
| Ligne 1 de A + B | =B1+B3 | =C1+C3 |
| Ligne 2 de A + B | =B2+B4 | =C2+C4 |
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 2 |
| Ligne 2 de la matrice A | 3 | 4 |
| Ligne 1 de la matrice B | 2 | 0 |
| Ligne 2 de la matrice B | 1 | 2 |
| AB (s’étend automatiquement depuis la ligne 1) | =PRODUITMAT(B1:C2;B3:C4) |
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 2 | 3 |
| Ligne 2 de la matrice A | 4 | 5 | 6 |
| Aᵀ (s’étend automatiquement depuis la ligne 1) | =TRANSPOSE(B1:D2) |
| Ligne 1 de la matrice A | 1 | 1 |
| Ligne 2 de la matrice A | 0 | 1 |
| A³ (s’étend automatiquement depuis la ligne 1) | =PRODUITMAT(PRODUITMAT(B1:C2;B1:C2);B1:C2) |
Dans Google Sheets, les résultats de PRODUITMAT et de TRANSPOSE s’étendent automatiquement dans les cellules voisines (pas besoin de Ctrl+Maj+Entrée).
Calculer avec Python
A = [[1, 2], [3, 4]]
B = [[2, 0], [1, 2]]
def matrix_add(x, y): # somme (on additionne les coefficients situés à la même place)
return [[x[i][j] + y[i][j] for j in range(len(x[0]))] for i in range(len(x))]
def matrix_multiply(x, y): # produit (produit scalaire d’une ligne de A et d’une colonne de B)
return [[sum(x[i][k] * y[k][j] for k in range(len(y))) for j in range(len(y[0]))] for i in range(len(x))]
def matrix_transpose(x): # transposée (on échange lignes et colonnes)
return [[x[i][j] for i in range(len(x))] for j in range(len(x[0]))]
def matrix_power(x, n): # puissance (on multiplie n fois, dans l’ordre)
result = x
for _ in range(n - 1):
result = matrix_multiply(result, x)
return result
print("A + B =", matrix_add(A, B))
print("AB =", matrix_multiply(A, B))
print("Transposée de A =", matrix_transpose(A))
print("A au cube =", matrix_power(A, 3))
Écrire la formule en LaTeX et autres langages mathématiques (à copier-coller)
(A + B)ᵢⱼ = aᵢⱼ + bᵢⱼ
(A + B)_{ij} = a_{ij} + b_{ij}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub>
<mrow><mo>(</mo><mi>A</mi><mo>+</mo><mi>B</mi><mo>)</mo></mrow>
<mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
<mo>+</mo>
<msub><mi>b</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
</mrow>
</math>
(A + B)_(ij) = a_(ij) + b_(ij)
A + B
C := A + B;
C = A + B;
(A + B)_ij = a_ij + b_ij
cᵢⱼ = aᵢ₁b₁ⱼ + aᵢ₂b₂ⱼ + ⋯ + aᵢₙbₙⱼ
c_{ij} = \sum_{k=1}^{n} a_{ik} b_{kj}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>c</mi><mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<munderover>
<mo>∑</mo>
<mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
<mi>n</mi>
</munderover>
<msub><mi>a</mi><mrow><mi>i</mi><mi>k</mi></mrow></msub>
<msub><mi>b</mi><mrow><mi>k</mi><mi>j</mi></mrow></msub>
</mrow>
</math>
c_(ij) = sum_(k=1)^(n) a_(ik) b_(kj)
A . B
C := A . B;
C = A * B;
c_ij = ∑_(k=1)^n a_ik b_kj
(Aᵀ)ᵢⱼ = aⱼᵢ
(A^{T})_{ij} = a_{ji}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub>
<mrow><mo>(</mo><msup><mi>A</mi><mi>T</mi></msup><mo>)</mo></mrow>
<mrow><mi>i</mi><mi>j</mi></mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub><mi>a</mi><mrow><mi>j</mi><mi>i</mi></mrow></msub>
</mrow>
</math>
(A^T)_(ij) = a_(ji)
Transpose[A]
C := LinearAlgebra:-Transpose(A);
C = A.';
(A^T)_ij = a_ji
Aⁿ = AA⋯A
A^{n} = \underbrace{AA\cdots A}_{n}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msup><mi>A</mi><mi>n</mi></msup>
<mo>=</mo>
<mi>A</mi><mi>A</mi><mo>⋯</mo><mi>A</mi>
</mrow>
</math>
A^n
MatrixPower[A, n]
C := A^n;
C = A^n;
A^n
Faire faire le calcul par ChatGPT
Tu es un assistant de calcul matriciel. Fais le calcul suivant en exécutant réellement du code Python, et appuie ta réponse uniquement sur les nombres obtenus à l’exécution (ne réponds pas de tête ni au jugé). Pour les matrices A = [[1, 2], [3, 4]] et B = [[2, 0], [1, 2]] (écrites ligne par ligne), trouve chacune des matrices suivantes : 1. La somme A + B 2. La différence A − B 3. Le produit AB 4. La transposée de A 5. A au cube (A puissance 3) Pour chacune, montre la formule utilisée (quels coefficients tu as combinés et comment) et la matrice obtenue à l’exécution.
Mode d'emploi
-
1Saisissez vos nombresTapez les nombres à calculer dans les champs de saisie
-
2CalculezAppuyez sur le bouton « Calculer »
-
3Lisez le résultatLe résultat s’affiche aussitôt. La même page explique aussi le raisonnement et la formule
Les atouts de DataChef
Aucune compétence requise – simple et intuitif
Aucune donnée personnelle nécessaire
Le fichier est supprimé automatiquement après le téléchargement
Aucune mention de crédit nécessaire
Aucune autorisation préalable nécessaire