Comment résoudre un système linéaire avec la règle de Cramer
Résolvez systèmes linéaires 2x2 et 3x3 avec la règle de Cramer: x=Dx/D, y=Dy/D, z=Dz/D. Déterminants, conditions, systèmes singuliers. Cramer 1750, Sarrus.
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Comment résoudre un système linéaire avec la règle de Cramer: pour A·x = b la solution est x_i = det(A_i)/det(A), où A_i remplace la colonne i par b. 2×2: x = (e·d − b·f)/(a·d − b·c), y = (a·f − e·c)/(a·d − b·c). Valable seulement si det(A) ≠ 0.
Formule et principe
Cramer donne une solution fermée pour systèmes n×n avec déterminant non nul. 2×2: D = a₁₁·a₂₂ − a₁₂·a₂₁. Solution x = D_x/D, y = D_y/D. 3×3 analogue avec 4 déterminants. O(n!) impraticable pour n grand; Gauss O(n³) préféré.
Histoire
Gabriel Cramer publia la règle en 1750. Leibniz introduisit les déterminants en 1693. Sarrus (1833) règle visuelle 3×3. Gauss développa l'élimination. Aujourd'hui Cramer en didactique.
Situations
- D ≠ 0: solution unique
- D = 0, D_i = 0: infinies solutions
- D = 0, D_i ≠ 0: incompatible
- Complexité: O(n!) vs Gauss O(n³)
Exemples chiffrés
Exemple 1 — 2×2. 2x+y=5; x+3y=10. D=5. x=1, y=3.
Exemple 2 — 3×3. x=1, y=2, z=3.
Exemple 3 — singulier. D=0. Infinies solutions.
Exemple 4 — incompatible. Pas de solution.
Exemple 5 — physique. T_1=73,2 N, T_2=60,1 N.
Limites
- Systèmes carrés uniquement.
- O(n!) impraticable.
- Instabilité numérique.
- Erreurs d'arrondi.
- D ≠ 0 requis.
- Inefficace pour matrices creuses.
- Obsolète pour grands systèmes.
- Seulement linéaire.
Erreurs courantes
- Signes du développement.
- Sarrus 3×3 incorrect.
- Cramer en singulier.
- D_x vs D_y.
- Grands systèmes.
- Mauvais conditionnement.
- Ne pas vérifier.
- Systèmes non carrés.
Applications pratiques
- Statique et mécanique (Eurocode).
- Circuits Kirchhoff.
- Chimie stœchiométrie.
- Économie Leontief (INSEE).
- Géométrie analytique.
- Programmation linéaire.
- Graphiques 3D.
- Robotique.
- Régression multiple.
- Cryptographie Hill.
Support
Questions: info@calcoi.com. Outil pédagogique.
Pourquoi la regle de Cramer est elegante mais impraticable pour les grands systemes
La regle de Cramer a un attrait indeniable : elle donne une formule explicite et fermee pour chaque inconnue, exprimee comme un quotient de determinants. Cette transparence la rend ideale pour les petits systemes de deux ou trois equations, pour le travail symbolique et pour l'enseignement, car elle montre d'un coup d'oeil comment la solution depend des donnees. Pourtant, cette meme elegance cache un piege computationnel quand le nombre d'equations augmente.
Le probleme est le cout du calcul des determinants. Le faire par developpement en cofacteurs, la definition classique, a une complexite de l'ordre de la factorielle de la taille, ce qui devient astronomique meme pour des matrices moderees. Pour un systeme de dix par dix, ce serait deja completement irrealisable. C'est pourquoi, en pratique, les grands systemes se resolvent par l'elimination de Gauss, dont la complexite est cubique en le nombre d'equations, bien plus rapide. La regle de Cramer reste un joyau theorique, mais cede la place aux methodes numeriques quand l'efficacite compte.
Le determinant comme mesure geometrique
Derriere la regle de Cramer se cache une signification geometrique profonde du determinant. En deux dimensions, le determinant d'une matrice est l'aire signee du parallelogramme forme par ses vecteurs colonnes ; en trois dimensions, c'est le volume signe du parallelepipede qu'ils engendrent. Le signe indique l'orientation, et la valeur absolue, l'etendue d'espace couverte par ces vecteurs.
Cette interpretation explique immediatement pourquoi le systeme n'a une solution unique que si le determinant n'est pas nul. Un determinant nul signifie que les vecteurs colonnes sont lineairement dependants : ils s'effondrent vers une dimension inferieure, le parallelogramme s'aplatit en un segment ou le parallelepipede en un plan, et leur aire ou volume s'annule. Dans ce cas la matrice n'est pas inversible et le systeme n'a pas une solution unique, mais aucune ou une infinite. Ainsi, le determinant que Cramer place au denominateur est exactement la quantite qui mesure si le probleme est bien pose.
Mis à jour en juillet 2026
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