Exercice
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Notons ce code secret \( mcdu \) , les quatres variables représentants respectivement les milliers, les centaines, les dizaines et les unités du code. Les quatres informations données se traduisent alors comme suit :
- La somme des chiffres qui composent ce code est \( 20\) : \( m+c+d+u=20\) .
- Le chiffre des dizaines est le double de celui des milliers : \( d=2m \) .
- La différence entre les chiffres des centaines et celui des unités est \( 5\) : \( c-u = 5\) .
- \( 18\) fois le chiffre des centaines est \( 24\) fois celui des dizaines : \( 18c=24d\) .
Soit le système \[\left\{\begin{array}{*{5}{cr}}
&m&+&c &+&d &+&u &=&20\\
&2m&&&-&d &&&=&0\\
&&&c&&&-&u &=&5\\
&&&18c&-&24d &&&=&0\\
\end{array}
\right.\]
Son écriture matricielle \( AX=B \) pour
\[ A=\begin{pmatrix}1 & 1 & 1 & 1 \\ 2 & 0 & -1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & -1 \\ 0 & 18 & -24 & 0\end{pmatrix}, \qquad B=\begin{pmatrix}20 \\ 0 \\ 5 \\ 0\end{pmatrix}\quad \text{et}\quad X=\begin{pmatrix}m\\ c\\ d\\ u\end{pmatrix}\]
La valeur d'un déterminant ne change pas lorsque l'on ajoute à une ligne (ou une colonne) une combinaison linéaire des autres. Ainsi l'opération \( L_2\leftarrow L_2-2L_1\) justifie la première égalité puis en développant par rapport à la première colonne, on justifie la seconde égalité.
\[\det\begin{pmatrix}1 & 1 & 1 & 1 \\ 2 & 0 & -1 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & -1 \\ 0 & 18 & -24 & 0\end{pmatrix} =\det\begin{pmatrix}1 & 1 & 1 & 1 \\ 0 & -2 & -3 & -2 \\ 0 & 1 & 0 & -1 \\ 0 & 18 & -24 & 0\end{pmatrix}=\det\begin{pmatrix}-2 & -3 & -2 \\ 1 & 0 & -1 \\ 18 & -24 & 0\end{pmatrix}\]
De même, l'opération \( C_3\leftarrow C_3+C_1\) justifie la première égalité ; le développement par rapport à la seconde ligne justifie la seconde.
\[\det\begin{pmatrix}-2 & -3 & -2 \\ 1 & 0 & -1 \\ 18 & -24 & 0\end{pmatrix} =\det\begin{pmatrix}-2 & -3 & -4 \\ 1 & 0 & 0 \\ 18 & -24 & 18\end{pmatrix}=-\det\begin{pmatrix}-3 & -4 \\ -24 & 18\end{pmatrix}\]
D'après la question précédente \( \det(A)=-\det\begin{pmatrix}-3 & -4 \\ -24 & 18\end{pmatrix}\) . En appliquant la règle du gamma on en déduit \( \det(A)=-\left((-3)\times18-(-4)\times(-24)\right)=150\) .
D'après la question précédente, puisque \( \det(A)\neq 0\) alors la matrice \( A \) est inversible et la solution \( X \) vérfie \( X=A^{-1}B\) . En appliquant la formule de l'inverse (par la transposée de la comatrice), on arrive à
\[ X = \begin{pmatrix}\dfrac{3}{25} & \dfrac{11}{25} & \dfrac{3}{25} & -\dfrac{1}{75} \\ \dfrac{8}{25} & -\dfrac{4}{25} & \dfrac{8}{25} & \dfrac{1}{50} \\ \dfrac{6}{25} & -\dfrac{3}{25} & \dfrac{6}{25} & -\dfrac{2}{75} \\ \dfrac{8}{25} & -\dfrac{4}{25} & -\dfrac{17}{25} & \dfrac{1}{50}\end{pmatrix}\begin{pmatrix}20 \\ 0 \\ 5 \\ 0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}3 \\ 8 \\ 6 \\ 3\end{pmatrix}\]
Autre méthode en appliquant l'algorithme de Gauss (un oeil agueri retrouvera les opérations élémentaires appliquées à chaque itérations) :
\[\left\{\begin{array}{*{5}{cr}}
&m&+&c &+&d &+&u &=&20\\
&2m&&&-&d &&&=&0\\
&&&c&&&-&u &=&5\\
&&&18c&-&24d &&&=&0\\
\end{array}
\right.\]\[\left\{\begin{array}{*{5}{cr}}
&m&+&c &+&d &+&u &=&20\\
&&&-2c&-&3d &-&2u &=&-40\\
&&&c&&&-&u &=&5\\
&&&18c&-&24d &&&=&0\\
\end{array}
\right.\]\[\left\{\begin{array}{*{5}{cr}}
&m&+&c &+&d &+&u &=&20\\
&&&c&&&-&u &=&5\\
&&&-2c&-&3d &-&2u &=&-40\\
&&&18c&-&24d &&&=&0\\
\end{array}
\right.\]\[\left\{\begin{array}{*{5}{cr}}
&m&+&c &+&d &+&u &=&20\\
&&&c&&&-&u &=&5\\
&&&&&-3d&-&4u &=&-30\\
&&&&&-24d&+&18u &=&-90\\
\end{array}
\right.\]\[\left\{\begin{array}{*{5}{cr}}
&m&+&c &+&d &+&u &=&20\\
&&&c&&&-&u &=&5\\
&&&&&-3d&-&4u &=&-30\\
&&&&&&&-150u&=&-450\\
\end{array}
\right.\]
Finalement le code est \( 3863\)