Puterile unei matrice și matricele de forma A(x)
Cum calculezi A la puterea n: inducția matematică, relația A² = kA, descompunerea A = I + N cu N² = O, relația Hamilton–Cayley pentru matrice 2×2 și familiile A(x) închise la înmulțire.
- 25 min
- La BAC: Subiectul al II-lea (1)
- Verificat pe bareme

ții minte doar fișa asta și ești acoperit
Fișa de aur
- 01
Pentru Aⁿ: calculezi A², A³, ghicești forma și o demonstrezi prin inducție. Fără inducție, formula e doar o bănuială.
- 02
Dacă A² = kA, atunci Aⁿ = k^(n−1)·A. Verifici întâi A², apoi aplici.
Truc: Exemplu: matricea cu toți 1 de ordin 2 are A² = 2A, deci A⁵ = 16A.
- 03
Dacă A = I + N cu N² = O, atunci Aⁿ = I + nN (I comută cu orice matrice).
- 04
Hamilton–Cayley (2×2): A² − tr(A)·A + det(A)·I2 = O2. Îți dă A² fără să înmulțești și coboară orice putere.
- 05
La familiile A(x): arăți întâi A(x)A(y) = A(ceva), apoi produsele lungi se strâng într-o singură matrice.
Pe scurt
Culorile din lecție:termenidee-cheie
- Pentru : , ; puterile lui comută între ele: .
- Metoda generală: calculezi , , propui o formulă, o demonstrezi prin inducție matematică.
- Scurtături: ; , .
- Hamilton–Cayley (ordin 2): .
- Familii A(x): dacă , produsele de multe matrice se strâng într-una singură.
Inducția matematică pentru o putere
Pentru a demonstra o formulă „pentru orice ”:
- VerificareArăți că este adevărată (uneori și , ca să vezi forma).
- IpotezăPresupui adevărată pentru un oarecare.
- Pasul de inducțieCalculezi folosind ipoteza și obții forma din .
- Concluzie„Conform principiului inducției matematice, este adevărată pentru orice .”
Relația A² = kA
Dacă , atunci prin inducție : din rezultă
Apare la matricele cu toate liniile proporționale (de rang 1), de exemplu , pentru care .
Descompunerea A = I + N, cu N² = O
Fie matricea unitate de ordinul lui . Cum comută cu orice matrice, pentru se poate folosi binomul lui Newton. Dacă , toți termenii cu sunt nuli și rămâne
Când poți scrie (I + N)ⁿ = I + nN?
Relația Hamilton–Cayley pentru matrice de ordin 2
Pentru are loc
Relația se verifică prin calcul direct (la BAC o poți folosi după ce o verifici pe matricea dată). Avantajul: orice putere se scrie ca , iar dacă ajungi exact la cazul , cu .
Ce cauți când se cere Aⁿ
Care e relația Hamilton–Cayley pentru o matrice 2×2?
Familii A(x) închise la înmulțire
Multe probleme definesc o matrice și cer la b) o relație de tipul , sau . Consecințe:
- produsele se pot regrupa (înmulțirea e asociativă) și, dacă familia comută, se pot reordona;
- dacă , atunci , prin inducție.
Dacă A² = 3A, cât este A⁴?
Exemple rezolvate
Calculați pentru .
, cu și . Cum ,
De exemplu, .
Pentru : .
Inducție: : , adevărat. Dacă , atunci . Deci , pentru orice .
În particular, .
Pentru : , , deci .
Verificare: și .
Mai departe: .
Se consideră și , unde , .
b) Calcul: . Pentru , :
c) Determinați natural pentru care .
Aplicând b) de mai multe ori, produsul este cu , deci și n = 100 (răspunsul din barem).
, .
b) Arătați că , pentru orice real.
(barem: 3p produsul, 2p scoaterea factorului ).
c) Pentru , natural, determinați pentru care .
(3p). Cum , din rezultă , cu soluțiile și ; natural, deci n = 1 (2p).
, .
b) Prin calcul, , pentru orice reali (3p + 2p).
c) Determinați real pentru care .
Elementele lui sunt de gradul I în , deci ; cu b), (3p). Din , egalând elementele de pe poziția (1, 3): , deci x = 0 sau x = 4 (2p).
Toate rezultatele au fost recalculate: puterile prin înmulțire repetată exactă, Exemplul 4 cu numere complexe, Exemplele 5–6 exact, pentru mai multe valori ale parametrului.
Ce se cere la BAC
- Model 2022, II.1.a (5p): (calcul cu regula triunghiului; barem 3p calcul + 2p rezultat).
- Model 2022, II.1.b (5p): ; baremul dă 3p pentru dezvoltarea produsului cu și 2p pentru identificarea cu .
- Model 2022, II.1.c (5p): produsul de șase matrice este , deci (2p regruparea, 3p rezultatul).
- 2026 iunie (rezervă), II.1.b–c: , apoi și .
- 2025 iunie, II.1.b–c: , apoi .
- Variante frecvente la c): „Calculați ”, „Determinați pentru care ”, „Arătați că ”.
Greșeli care costă puncte
- Formula ghicită din primele puteri, fără inducție sau fără o relație demonstrată.
- Binomul lui Newton aplicat pentru fără să verifici .
- La familii : reordonarea factorilor fără să fi arătat că matricele comută.
- Semne în Hamilton–Cayley: (minus la determinant).
- Confuzia cu : depinde de legea din b), nu de intuiție.
Termeni-cheie
- Puterea unei matrice pătratice
- A¹ = A și A^(n+1) = Aⁿ·A, pentru n natural nenul; prin convenție A⁰ = In.
- Inducția matematică
- Verifici formula pentru n = 1, presupui P(k) adevărată și demonstrezi P(k+1); apoi concluzia „pentru orice n natural nenul”.
- Relația A² = kA
- Dacă A² = k·A, atunci Aⁿ = k^(n−1)·A, pentru orice n natural nenul.
- Matrice nilpotentă
- Matrice N pentru care o putere este matricea nulă; la BAC apare N² = O.
- Binomul pentru matrice care comută
- Dacă AB = BA, atunci (A + B)ⁿ se dezvoltă ca binomul lui Newton; în particular (I + N)ⁿ = I + nN dacă N² = O.
- Relația Hamilton–Cayley (ordin 2)
- Pentru A = (a b; c d): A² − (a + d)·A + (ad − bc)·I2 = O2.
- Familie A(x) închisă la înmulțire
- Mulțime de matrice cu A(x)·A(y) = A(x ∗ y); atunci puterile și produsele rămân în familie.
Notițele mele
Salvat localSurse
- Programa de examen Matematică M_mate-info (Anexa 2 la OMEN 4430/2014), clasa a XI-a
- Model BAC 2022, M_mate-info, Subiectul al II-lea, 1 (subiect și barem)
- BAC 2026, iunie–iulie (rezervă), varianta 7, Subiectul al II-lea, 1.b–c (subiect și barem)
- BAC 2025, iunie–iulie, varianta 1, Subiectul al II-lea, 1.b–c (subiect și barem)