exercice 1
Quatre cubes ont respectivement pour arêtes, mesurées en centimètres,

, où

est
un nombre entier naturel.
Déterminer

pour que le contenu des trois
cubes d'arêtes

remplisse
exactement le cube d'arête

.
exercice 2
Soit une fonction polynôme P et soit

(P) la fonction polynôme : x

P(x + 1) - P(x).
1. Calculer

(P) lorsque P est un polynôme de degré 0, de degré 1, de degré 2.
Comparer deg

(P ) et deg P sur ces trois cas particuliers.
Formuler un résultat général reliant deg

(P) et deg P si deg P

1 et démontrer ce résultat.
2. Montrer que

²(P) =

(

(P)) est la fonction polynôme :
x

P(x + 2) - 2P(x + 1) + P(x).
Donner une expression analogue pour
3(P) =

(

(

(P))).
3. Que peut-on dire de
3(P) lorsque deg P = 2, puis lorsque deg P = 3 ?
4. Montrer que pour toute fonction polynôme P de degré 3, on a pour tout réel x :
P(x + 4) + 6P(x + 2) + P(x) = 4[P(x + 3) + P(x + 1)].
5. Application.
Existe-t-il une fonction polynôme P de degré 3 vérifiant :
P(-3) = P(-1) = P(1)
P(-2) = P(0).
exercice 3
On appelle polynôme symétrique un polynôme dont les coefficients peuvent se lire indifféremment dans un sens comme dans l'autre.
exemple : f (x) = x
4 - 5x
3 + 6x² - 5x + 1
Le but de l'exercice est de résoudre l'équation (E) :

, pour tout

appartenant à

.
1. Vérifier que 0 n'est pas solution de (E).
2. Montrer que si

est solution de (E), alors

est solution de (E).
3. Montrer que l'équation (E) est équivalente à l'équation (E') :

.
4. Calculer
^2)
.
5. En posant

, montrer que l'équation (E') se ramène à une équation du second degré.
6. Résoudre l'équation du second degré, puis en déduire les solutions de l'équation (E).
exercice 4
Soit P une fonction polynôme de degré n, n

1.
1. Montrer que si P a n racines distinctes a
1, .... a
n, alors il existe une fonction polynôme Q telle que pour tout réel x, on ait : P(x) = (x - a
1)(x - a
2)...(x - a
n) Q (x).
2. En déduire que toute fonction polynôme de degré n a au plus n racines distinctes.
3. La fonction f : x

sin x est-elle polynomiale ?
4. Existe-t-il une fonction polynôme P non nulle telle que pour tout x

0, x
5P

= P(x-1) et telle que 1 soit racine de P ?
Pour répondre à la question, on montrera que :
si P existe, deg P

5 ;
)
et

sont racines de P ;
il existe six racines distinctes de P.
exercice 5
On appelle polynôme symétrique un polynôme dont les coefficients peuvent se lire indifféremment dans un sens comme dans l'autre.
Exemple : f (x) = 3x
4 + x
3 - x² + x + 3.
Nous allons voir des méthodes permettant de résoudre l'équation f(x) = 0.
1. Degré 2. Soit : f: x

ax² + bx + a, avec a et b réels et a

0.
Résoudre l'équation f (x) = 0 et dans le cas où f admet deux racines distinctes. Démontrer que leur produit est égal à 1.
2. Degré 3. Soit : f: x

ax
3 + bx² + bx + a, avec a et b réels et a

0.
a) Montrer que 0 n'est pas racine de f et que si x
1 est racine de f, alors

est aussi racine de f.
b)
Trouver une solution évidente x
0 de l'équation f(x) = 0.
Pourquoi cette solution ne permet-elle pas d'en trouver une autre en utilisant la question a. ?
Utiliser x
0 pour factoriser f(x).
c) Application
f: x

7x
3 - 43x² - 43x + 7.
Résoudre l'équation f(x) = 0 et factoriser f(x).
3. Degré 4. Soit : f: x

ax
4 + bx
3 + cx² + bx + a, avec a, b et c réels et a

0.
a) Même question que
2. a).
b) Soit y = x +
)
.
Calculer y² et en déduire l'expression de g(x) =
}{\text{x}^2})
en fonction de a, b, c, y et y² (ceci pour x

0).
Montrer que résoudre f (x) = 0 revient à résoudre successivement au plus trois équations du second degré.
Montrer que si b² < 4a(c - 2a), f(x) = 0 n'a pas de solution.
c) Application
Résoudre l'équation : 12x
4 + 11x
3 - 146x² + 11x + 12 = 0.
exercice 6
1. Trouver une fonction polynôme

, de degré

2, telle que
,
,
.

est-elle unique ? Si oui, pourquoi ? Sinon, trouver toutes les fonctions polynômes de degré inférieur ou égal à 2 vérifiant les mêmes conditions.
2. Reprendre la question
1. pour les fonctions polynômes de degré inférieur ou égal à 2 qui vérifient :
et
.
3. Soient

,

,

,

quatre réels donnés.
Montrer que s'il existe une fonction polynôme

de degré 3 vérifiant
 = a)
,
 = b)
,
 = c)
et
 = d)
, alors elle est unique.
4. Montrer qu'il existe quatre réels

tels que la fonction polynôme

définie par :
 = \alpha \left(x - \dfrac{1}{2}\right)\left(x - \sqrt{2}\right)(x - 100) + \beta(x + 2)(x - \sqrt{2})(x - 100) + \gamma(x + 2)(x - \sqrt{2})(x - 100) + \delta(x + 2)\left(x - \dfrac12\right)(x - \sqrt{2}))
soit la solution du problème.
Le polynôme obtenu s'appelle le
polynôme d'interpolation de Lagrange.
5. Généraliser les questions
3. et
4. en remplaçant

,

,

,

par des valeurs quelconques

deux à deux distinctes.
6. Généraliser à la recherche des fonctions polynômes

de degré

vérifiant
 = a_1, P(x_2) = a_2, ..., P(x_{n+1}) = a_{n+1})
où

sont des réels donnés deux à deux distincts et où

sont des réels donnés quelconques.
exercice 7
Dossier d'Interpol (utiliser
l'exercice 6).
La société secrète du «troisième degré» se livre à de redoutables activités et ses membres se reconnaissent grâce à un code numérique qui change chaque mois suivant une formule connue d'eux seuls.
A Interpol, le commissaire Lagrange n'a pas beaucoup d'éléments pour son enquête : il sait seulement que les codes pour les 3
e, 5
e, 6
e et 8
e mois étaient respectivement 729, 1313, 901 et 1014.
Néanmoins, le nom de la société secrète lui donne une idée. Il va découvrir la formule, et connaissant le code pour le 10
e mois, il va s'infiltrer dans la société et arrêter peu à peu tous ses membres.
Quelle est la formule ? Quel est le code du 10
e mois ?
exercice 1
Le volume d'un cube de coté

a pour valeur

.
Additionnons les volumes des trois cubes ayant pour arêtes

et appelons V ce volume :
Calculons le volume V' du cube ayant pour arête

:
On recherche

tel que V = V', soit :
3 est une racine évidente de

, donc

s'écrit également
(ax^2 + bx + c))
car l'écriture polynômiale est unique.
Développons
(ax^2 + bx + c))
:
Identifions les coefficients :
a = 1
b - 3a = 0

b = 3
-3c = -9

c = 3
c - 3b = 3 - 3 × 3 = -6
On en déduit :
Factorisons

par la méthode du discriminant :

= b² - 4ac = 9 - 4 × 1 × 3 = -3

étant négatif,

est toujours du signe de a : positif. Ce polynôme n'admet pas de racine réelle.
(1) peut s'écrire :
(x^2 + 3x + 3) = 0)
,
ce qui équivaut à

.
Pour que le contenu des trois cubes d'arêtes

remplisse exactement le cube d'arête

, il faut que
soit égal à 3.
exercice 2
1. Si

est un polynôme de degré

, alors il est de la forme
=a)
où

est un réel non-nul.
Dans ce cas,
 (x) ~=~ P(x+1)-P(x)~=~a-a~=~0)
, c'est un polynôme de degré

(par convention)
Si

est de degré

, alors il est de la forme
=ax+b)
où

et

sont des réels, et
Dans ce cas,
 ~=~ P(x+1)-P(x) ~=~ a(x+1)+b-(ax+b)~=~ax+a+b-ax-b~=~a)
, c'est un polynôme de degré

car
Si

est de degré

, alors il est de la forme
=ax^2+bx+c)
où

sont des réels et
Alors :
)
est de degré 1
On remarque que si
\ge 1~,)
alors
Démonstration :
Cliquez pour afficherSoit

un polynôme quelconque de degré

de coefficients

avec
On écrit alors
Puis on factorise par

et par

:
Puis on factorise l'identité remarquable
Tous les termes de l'expression sont des polynômes de degré

car ce sont des produits de deux polynômes dont la somme des degrés vaut
De plus, le coefficient de plus haut degré est toujours

(donc non-nul), la somme reste donc un polynôme de degré
Et de la même façon, on déduit que l'identité remarquable
^{n-1}-x^{n-1})
se factorise en un polynôme de degré
Finalement,
Par somme,
)
est bien un polynôme de degré

2.
3.
Si
=2)
alors
)=1)
et
Finalement, on déduit que
)
est le polynôme nul
Si
=3)
, alors de la même façon que précédemment on déduit que
)=0)
, donc c'est un polynôme constant
4.
Si

est de degré

alors on sait que
)
est un polynôme constant
On en déduit que
:=\Delta(\Delta^3(P)))
est le polynôme nul
De plus,
On déduit alors que pour tout
ce qui est équivalent à
5.
Supposons qu'une fonction

polynôme de degré 3 vérifiant ces conditions existe. En utilisant la relation précédemment démontrée avec

, on déduit :
Et comme on a les égalités
=P(-1)=P(1))
et
=P(0))
, alors :
Et finalement,
=P(-2)=P(-1)=P(0)=P(1))
.
Si on pose le polynôme
=P(x)-P(1))
, alors

est aussi de degré 3
De plus,

admet comme racines
=P(-3)-P(1)=0)
, etc.
Alors

est factorisable par
(x+2)(x+1)x(x-1))
. Mais alors

est au moins de degré 5, ce qui est absurde
D'après le raisonnement par l'absurde, il n'existe pas de telle fonction polynôme
exercice 3
1.
0 n'est donc pas solution de l'équation (E).
2.
Or, x
0 est solution de l'équation (E), donc : x
04 - 5x
03 + 6x
0² - 5x
0 + 1 = 0.
Donc :
D'où : si x
0 est solution de (E), alors

est solution de (E).
3. x
4 - 5x
3 + 6x² - 5x + 1 = 0
équivaut à
4.
5. Posons

, donc :

équivaut à
X² - 2 - 5X + 6 = 0
X² - 5X + 4 = 0
6. Résolvons l'équation X^2 - 5X + 4 = 0.
L'équation admet donc deux solutions :

et
Or

, donc :

ou

équivaut à
soit : x² - x + 1 = 0
L'équation n'admet donc pas de solution dans

.

équivaut à
soit : x² - 4x + 1 = 0
L'équation n'admet donc deux solutions :

et
D'où :

.
exercice 5
1. 
= b
2 - 4a
2
Si

> 0 alors l'équation f(x) = 0 admet deux racines distinctes x' et x", avec

et
2.a. f(0) = a et a

0 ; donc 0 n'est pas solution de l'équation f(x) = 0.
Si x
1 est solutionde f(x) = 0 alors f(x
1) = 0 et x
1 
0.
Donc

est solution de f(x) = 0.
2.b.  = -a +b-b+a = 0)
; donc -1 est solution de f(x) = 0.
On cherche à factoriser f(x) par (x+1) :
f(x) =a (x
3+1) + bx (x+1) = a (x+1)(x
2-x +1) + bx (x+1) = (x+1)(ax
2 - ax + a + bx) = (x+1)(ax
2 +(b-a)x + a)
ax
2 +(b-a)x + a est un polynôme de degré 2 car a est non nul.

= (b-a)
2 - 4a
2 = (b-a -2a)(b-a+2a) = (b-3a)(b+a)
Selon le signe de

, l'équation aura 1,2 ou 3 solutions.
--> RQ :
Attention en toute rigueur, il faudrait regarder si ces solutions sont égales à -1 ou pas.
2.c. f(x) =7x
3 - 43x
2 - 43x + 7 = (x+1) (7x
2 - 50x + 7)
Le discriminant de 7x
2 - 50x + 7 est égal à 48
2.
On en déduit ses deux racines : -7 et -1/7.
Les solutions de l?équation f(x) = 0 sont donc -1, -7 et -1/7.
2.a. f(0) = a et a

0 ; donc 0 n'est pas solution de l'équation f(x) = 0.
Si x
1 est solutionde f(x) = 0 alors f(x
1) = 0 et x
1 
0.
Donc

est solution de f(x) = 0.
2.b.
^{2} = x^{2} + 2 + \left(\dfrac{1}{x} \right)^{2})
; donc
^{2} = y^{2} - 2)
.
Résoudre f(x)=0 revient à résoudre d'abord cette équation de degré 2 :

.
Puis, si elle a des solutions, pour chacune de ses solutions

, il reste à résoudre
L'équation

est équivalente à cette équation de degré 2 :

.
Le discriminant de l?équation

est b
2 - 4a(c-2a).
Il est négatif si b
2 < 4a(c-2a). L?équation f(x) = 0 n'a alors pas de solution.
3.c. f(x) = 12x
4 + 11x
3 -146x
2 + 11x + 12
On commence par résoudre 12y
2 + 11y -170 = 0.
On trouve 2 solutions réelles : -17/4 et 10/3.
On a ensuite à résoudre 2 équations de degré 2 :
x
2 - (-17/4)x + 1 =0
x
2 - (10/3)x + 1 =0
On en déduit que l'équation f(x) = 0 a quatre solutions réelles : 1/4, 4, 1/3 et 3.