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Niveau Maths sup
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Polynômes de Tchebychev

Posté par
litchee
08-11-09 à 18:32

Bonsoir !
Voilà l'enoncé de l'exercice:

On considère la suite de polynômes (P_n)_{n\in\mathbb{R}} définie par:
P_0=2
 \\ P_1=X
n, P_{n+2}=XP_{n+1} - P_n

1) Calculer P_2 et P_3

2) Montrer pour tout n, pour tout a]-,[: P_n(2cosa)=2cos(na)

3) Soit n un entier naturel non nul. Résoudre l'équation (d'inconnue y): cos(ny)=0. En déduire les racines de P_n appartenant à ]-2;2[.

4) determiner le degré de P_n et en déduire toutes les racines de P_n, puis l'expression de P_n en produit de polynômes de [X] du premier degré.

5) Calculer P_5 de deux manières, et en déduire l'expression sous forme de radicaux des réels cos (/10) et cos (3/10)

alors, ce que j'ai fait:

1) J'ai trouvé P_2=X^2-2 et P_3=X^3-3X

2) je n'ai pas aboutit a grand chose. pourtant j'ai essayé pas mal d'idée. quelqu'un pourrait m'aider s'il vous plait ?

3) j'ai fait: cos ny = 0
donc ny = /2 n0
y= /2n
et j'ai trouvé comme racine de P_n=-/4 et P_n=/4
par contre je n'ai pas factorisé.. je n'ai pas reussi.

5) je trouve P_5=X^5-6X^3+2X+3
et P_5 = cos(5a)/cos a

voili voilou ^^
Merci d'avance de votre aide
et bonne soirée

Posté par
perroquet
re : Polynômes de Tchebychev 08-11-09 à 18:56

Bonjour, litchee

Une indication pour la deuxième question:

On démontre l'égalité par récurrence.
C'est facile de la vérifier pour n=0 et n=1.
Pour la vérifier au rang n+2 à partir des rangs n et n+1, on utilisera l'égalité
cos(a)+cos(b)= 2 cos ((a+b)/2)  cos ((a-b))/2).

Pour la troisième question
Les solutions de cos(ny)=0   sont   y=\frac{\pi}{2n}+\frac{k\pi}{n}  avec k appartenant à Z.
On en déduira n racines distinctes pour P_n:
x_n=2\cos\left(\frac{\pi}{2n}+\frac{k\pi}{n}\right)   avec k=0,...,n-1
Il ne sera pas trop difficile de factoriser P_n ensuite.

Posté par
litchee
re : Polynômes de Tchebychev 08-11-09 à 19:22

j'avais pensé a la recurrence. donc j'ai vérifié P_0 et P_1 sans probleme.
Mais c'est apres que je ne vois pas comment faire. meme avec la formule, je ne vois pas bien comment l'utiliser..
je fais:
P_{n+2}(2cos a) = 2cos((n+2)a)
 \\ P_{n+2}(2cos a) = 2cos(na+2a)
et donc je ne retrouve ni P_n ni P_{n+1}
et je ne vois pas comment utiliser la formule.

Posté par
esta-fette
re : Polynômes de Tchebychev 08-11-09 à 19:37


on vut montrer que:
P_n(2cosa)=2cos(na)

on sait que: pour tout n: 4$ P_{n+2}=XP_{n+1} - P_n.....

1. initialisation:.........à aire

2. hérédité: si c'est vrai jusqu'à l'ordre n-1.
4$ P_{n}(2 cos a)=2 cos a P_{n-1}(2 cos a) - P_{n-2}(2 cos a)

4$ P_{n}(2 cos a)=(2 cos a)(2 cos (n-1) a) - 2 cos (n-2) a)

on utilise: 2 cos p cos q = cos (p-q)+cos (p+q)

on obtient:

4$ P_{n}(2 cos a)=2 (cos na)+2 cos ((n-2) a) - 2 cos ((n-2) a)

et c'est fini.......

Posté par
litchee
re : Polynômes de Tchebychev 08-11-09 à 19:40

ah ouii ! j'avais oublié la premiere propriété..

merci beaucoup

Posté par
litchee
re : Polynômes de Tchebychev 08-11-09 à 19:56

y a rien à faire, quand je refais, j'obtiens pas ca.

dans l'hérédité:
j'ai bien P_n(2cosa)=(2cosa)(2cos(n-1)a)-2cos((n-2)a)
mais quand j'utilise 2cosacosb= cos(a+b) + cos(a-b)
j'obtiens pas la meme chose, je me retrouve avec:

P_n(2cosa)=cos((2-n)a) + cos(na) - 2cos((n-1)a)
et apres quand j'utilise cos a + cos b, j'obtiens:
2cos(a)cos((n+1)a)-2cos((n-1)a)

et je ne vois pas où est ma faute.

Posté par
esta-fette
re : Polynômes de Tchebychev 08-11-09 à 20:19

5$ P_n(2cosa)=(2cosa)(2cos(n-1)a)-2cos((n-2)a)

donc


5$ P_n(2cosa)= 2 \ \ \ \times 2 cosa.cos(n-1)a-2cos((n-2)a)

donc


5$ P_n(2cosa)= 2 \ \ \ \times \( cos (na) + cos(n-2)a  \ \ \)-2cos((n-2)a)



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