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Niveau Maths sup
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compacité

Posté par
romu
08-03-08 à 00:35

Bonsoir,

je n'arrive pas déjà à résoudre l'implication directe de cet exo:


Soit P(x)=a_nx^n+...+a_0 un polynôme à coefficients réels de degré n (donc a_n\neq 0) tel que P(0)=0. Soit

     3$Y=\{(x,y)\in \mathbb{R}^2:\ y^2=P(x)\}

Montrez que Y est compact si et seulement si n est pair et a_n<0.

Merci pour votre aide.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 00:50

re romu

Commence par montrer que Y est toujours fermé.

indication pour le sens direct : Il faut nécessairement que Y soit borné.

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 00:57

oui Y est fermé car c'est l'image réciproque de \{0\} par la fonction polynômiale (et donc continue) (x,y) \rightarrow y^2-P(x).

Mais c'est justement montrer que Y est borné qui me perturbe.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 00:58

pour qu'on soit bien d'accord : tu fais quel sens ?

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 01:13

je fais le sens direct, et c'est vrai que là je me paume, la question que je viens de poser était pour l'autre sens.

Bon donc le fait que Y est borné doit être équivalent à n est pair et a_n<0.

Dans les deux en fait je ne vois pas le lien entre Y est borné ou non et le degré de n?

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 01:20

Il faut voir Y sous cette forme : Si x est un réel, alors x fera parti d'un couple (x,y) de Y si et seulement si P(x) est positif (en effet, si (x,y) appartient à Y, alors P(x)=y² est positif et réciproquement, si P(x) est positif, alors x fait partie du couple (x,y) où y est la racine carrée de P(x)) Bref, il faut que l'ensemble des x tels que P(x) est positif soit borné.

Ceci te donne ce que tu veux.

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 01:23

Petit conseil : essaie de raisonner par contraposée (si n est impair ou si le coefficient dominant est strictement positif, que se passe-t-il ?)

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 01:42

ok j'ai compris la nouvelle caractérisation de Y, mais je viens de découvrir que je ne connais pas vraiment les variations d'un polynôme en fonction de ses coefficients et de son dégré.
Je fais mon étude de variation demain à tête reposé.

Bonne nuit et merci pour tes conseils.

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 08:56

Bon déjà,

3$P(x)=a_n x^n (1+\frac{a_{n-1}}{a_n x} + ... + \frac{a_0}{a_n x^n}).

Donc P(x)\sim a_n x^n quand x\rightarrow \pm \infty. Il ne reste plus qu'à voir entre les deux infinis.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 11:16

On n'a pas besoins des variations du polynôme, uniquement de son signe (ou plutôt connaitre des zones où connaitra le signe du polynôme à coup sûr).

Pour ton message de 08h56 : imaginons que n soit impair.

Donne moi une "zone" où les P(x) seront positifs à coup sûr.
Idem si le coefficient est strictement positif.

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 16:32

On sait que 0 est dans une de ces zones car P(0)=0.

Mais après j'ai du mal:

P(x)\geq 0,

ie a_n x^n + a_{n-1} x^{n-1} + ... + a_0 \geq 0,

ie x (a_n x^{n-1} + a_{n-1} x^{n-2} + ... + a_1 x) \geq -a_0

et là je ne vois pas comment continuer pour détecter une telle zone

Quand c'est un monôme ça me semble plus facile:

a_n x^n \geq 0,

ie a_n x x^{n-1}\geq 0 et x^{n-1}\geq 0 quelque soit x,

ie x doit être du même signe que a_n.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 16:39

Tout doucement, on se calme :
voici une indication : dans les cas où n est impair ou le coefficient dominant est strictement positif, intéresse-toi au signe de P(x) lorsque |x| est très grand.

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 16:41

ah oui, j'avais pas fait attention, par rapport à ce que j'ai dit ce matin,

Si a_n\geq 0, il existe M\in \mathbb{R} tel que P(x)\geq 0 pour x\in [M,+\infty[.

Et si a_n\leq 0, il existe M\in \mathbb{R} tel que P(x)\geq 0 pour x\in ]-\infty,M].

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 16:42

et oui il sont pas compacts ces ensembles, donc on les rejette.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 16:45

c'est ça.
Et si n est impair (quel que soit le signe du coefficient dominant) ?

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 16:47

oui et encore par rapport à ce que j'ai dit à 8h56, si n est pair on peut se ramener à un trinôme du second degré et en déduire facilement que a_n<0 pour avoir le compact.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 16:50

euh tu fait quel sens là ?

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 16:51

Citation :
c'est ça.
Et si n est impair (quel que soit le signe du coefficient dominant) ?



si n est impair, \{x\in \mathbb{R}:\ P(x)\geq 0\} n'est pas compact.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 16:52

message 16h51 : précise (pourquoi ?)

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 16:55

car quelque soit le signe du coefficient dominant, on a vu dans mon message de 16:41 que cet ensemble contient une partie non bornée.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 16:59

OK.

message de 16h57 : tu faisais l'autre sens ?

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 17:12

non je me suis très mal exprimé, en fait.

La question pour l'instant c'est quand est-ce que P_+ = %5C{x%5Cin%20%5Cmathbb{R}:%5C%20P(x)%5Cgeq%200%5C} est compact.

donc on a vu que quand n est impair P_+ n'est pas compact.  Donc n doit être pair (nécessaire).


Si n est pair:

P(x)\sim a_n x_n "au voisinage des infinis".

Je regarde alors ce monôme dans le cas où a_n\geq 0: a_n x^n \geq 0 "au voisinage des infinis", donc P_+ ne peut être compact car non borné.

Une condition nécessaire de plus pour que P_+ soit compact est que a_n<0.

Et reste avoir si c'est suffisant pour que P_+ soit compact.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 17:20

OK, donc maintenant, on fait l'autre sens.

Supposons donc n pair et le coefficient dominant strictement négatif.

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 17:30

ok, encore en utilisant l'équivalent et le fait que a_n x^n<0 "au voisinage des infinis", on en déduit qu'il existe un réel M\geq 0 tel que P_+\subset [-M,M].

De plus P_+=P^{-1}([0,\infty[), donc P_+ est fermé.

Donc P_+ est fermé borné dans IR, donc compact.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 17:36

toutafé !

Kaiser

Posté par
romu
re : compacité 08-03-08 à 17:45

ok maintenant je vais revoir tout ça, c'est beaucoup plus clair maintenant.

Merci Kaiser.

Posté par
kaiser Moderateur
re : compacité 08-03-08 à 17:51

Mais je t'en prie !



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