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Niveau énigmes
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Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis

Posté par
Sylvieg Moderateur
26-02-24 à 17:25

Ce sujet fait suite à Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b)
L'énoncé de l'exercice qui y figure en PDF s'intéresse aux solutions non constantes sans jamais en exhiber quand a et b sont distincts.
Je trouve ça assez frustrant.

J'en cite une avec a = 3/4 et b = -1/4 :
P(X) = X - 1/4.

En trouverez-vous d'autres ?
On peut aussi chercher des conditions sur a et b pour que des solutions non constantes existent.

Précision : On travaille dans .

Posté par
carpediem
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 26-02-24 à 18:57

salut

on peut déjà remarquer (et prouver) que P est unitaire

ensuite on peut déjà résoudre simplement le cas affine

si P(x) = x + c alors

P(x^2) = P(x + a)P(x + b) \iff x^2 + c = (x + c + a)(x + c + b) \iff \left\lbrace\begin{matrix}2c + a + b = 0 \\ (c + a)(c + b) = c \end{matrix}\right. \iff \left\lbrace\begin{matrix}a + b = -2c \\ c^2 + c - ab = 0 \end{matrix}\right.

or 4c^2 + 4c - 4ab = (2c + 1)^2 - (1 + 4ab)

avec 1 + 4ab > 0 alors c = \dfrac 1 2 \left( -1 \pm \sqrt {1 + 4ab} \right)

donc a et b vérifient (a + b - 1)^2 = 1 + 4ab qui est l'équation d'une conique ...

Posté par
verdurin
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 26-02-24 à 19:00

Bonsoir Sylvieg.
J'ai juste regardé les polynômes de degré un.
Les deux solutions possibles :
— P(X)=X  qui correspond à a=b=0 ;
— P(X)=X-1/4 que tu as donné et qui correspond à {a , b}={-1/4 , 3/4}.

Je vais essayer de regarder plus loin.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 26-02-24 à 20:55

Merci pour vos réponses.
(a + b - 1)^2 = 1 + 4ab est équivalent à (a-b)2 = 2(a+b) que j'avais trouvé.
D'après l'exercice, les autres solutions sont alors des puissances de X - (a+b)/2.

Et si (a-b)2 2(a+b) ?
peut-on trouver des solutions de degré supérieur ou égal à 2 ?

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 26-02-24 à 21:08

Bonsoir Sylvieg

Le DM (tel qu'il est exposé sur le pdf attaché par lilian934) n'étudie pas l'équation (E_{a,b}) dans toute sa généralité :

\boxed{\bullet} il ne donne pas d'exemple d'un \mathrm S_{a,b} vide,

\boxed{\bullet} il ne caractérise pas les \mathrm S_{a,b} non vides,

\boxed{\bullet} néanmoins, (et c'est son objectif) il montre qu'un \mathrm S_{a,b} non vide n'est que l'ensemble des puissances d'un unique polynôme unitaire non constant M_{a,b}.


Par exemple :


\boxed{\bullet} M_{0,0}=X


\boxed{\bullet} M_{\frac{3}{4},-\frac{1}{4}}=X-\frac{1}{4}

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 27-02-24 à 08:29

Oui.
Sauf l'exemple de Sa,b vide qui me semble apparaître dans la partie 1 :
Sa,a est vide si a est non nul. Sauf erreur de ma part.

Je répète que je trouve dommage de ne pas exhiber un exemple avec a b et P polynôme non constant.

Sinon, dans le système de carpediem, c = -(a+b)/2.
Le polynôme de degré 1 est donc bien unique quand il existe.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 27-02-24 à 09:02

Une manière simple de trouver des couples (a,b) avec solution de degré 1 :
Tout polynôme unitaire de degré 1 est de la forme P(X) = X - r2 avec r .
P(X2) = (X-r)(X+r) = (X-r2 + r2-r)(X-r2 +r2 + r) = P(X+r2-r)P(X+r2+r)
Donc solution de Ea,b avec a = r2-r et b = r2+r.

Posté par
jandri Correcteur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 27-02-24 à 10:01

Bonjour,
la méthode de Sylvieg donne en fait tous les couples (a,b) avec solution de degré 1 :

(X-r)(X+r)=(X+a-r^2)(X+b-r^2) donne a=r^2-r et b=r^2+r (a et b jouent le même rôle).

J'ai étendu sa méthode au degré 2 en posant P=(X-r^2)(X-s^2).
Le cas r=\pm s donne les carrés des polynômes degré 1 avec les mêmes a et b.

Dans le cas r\neq\pm s j'ai trouvé des polynômes qui ne sont pas les carrés des polynômes de degré 1( quand s=r-1) :

a=r^2-r, b=r^2-r+1 et P=(X-r^2)(X-(r-1)^2).

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 27-02-24 à 10:57

J'ai aussi commencé à chercher dans cette direction
Pas encore abouti.
Une remarque : Il faut r 1/2.
Sinon on tombe sur mon premier exemple avec du degré 1.

Posté par
jandri Correcteur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 27-02-24 à 11:34

Je l'avais bien vu : je m'étais placé dans le cas où r\neq\pm s avec ici s=r-1.

Posté par
jandri Correcteur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 27-02-24 à 18:18

Il n'y a pas d'autres cas pour le degré 2 :

soit P(X) =(X - r^2)^2 avec a = r^2-r et b = r^2+r

soit P=(X-r^2)(X-(r-1)^2) avec 
 \\ a=r^2-r, b=r^2-r+1

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 03-03-24 à 15:03

Bonjour,
J'ai enfin trouvé le temps d'approfondir le degré 2 et de faire un lien avec l'exercice du PDF.
La,b est l'ensemble des solutions non constantes de P(X2) = P(X+a)P(X+b)

Rappel sur le degré 1 :
Si (a-b)2 2(a+b) alors
pas de polynôme de degré 1 dans La,b.
Si (a-b)2 = 2(a+b), poser M(X) = X - (a+b)/2.
La,b est alors l'ensemble des polynômes de la forme Mn avec n dans *.

Pour le degré 2 :
Si (a-b)2 1 et (a-b)2 2(a+b)
alors pas de polynôme de degré 2 dans La,b.
Si (a-b)2 = 1 et a+b 1/2
alors il existe un polynôme M de degré 2 dans La,b.
Et La,b est l'ensemble des polynômes de la forme Mn avec n dans *.
Des précisions sur M vont suivre.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 03-03-24 à 15:34

On suppose (a-b)2 = 1 et a+b 1/2.
Si a = b+1, on échange a et b sans changer Ea,b.
Si \; b = a+1 \; alors \; a -1/4 \; car a+b 1/2 .
L'équation \; z2 - z - a = 0 \; admet deux solutions distinctes r et s.
M(X) = (X-r2)(X-s2)

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Etude de l'équation polynomiale P(X²)=P(X+a)P(X+b) Bis 17-03-24 à 17:17

Bonjour,
Je suis tombée par hasard sur ce sujet qui traite (a,b) = (1,-1) :
Polynome
Il y est démontré L1,-1 vide.

Il me semble que l'on peut généraliser à \; b = -a \; avec \; a 1/2 .
Peut-être même à \; |a| = |b| ?



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