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Exo défi: Polynômes et polygônes.

Posté par
1 Schumi 1
02-04-08 à 17:27

Bonsoir à tous,

Un exercice sur les polynômes: tout simplement sublime!


Soit \rm n\in\mathbb{N}^*. On note \rm a_0,...,\rm a_n n+1 complexes. On suppose que \rm\forall P\in\mathbb{C}_{n-1}[X], P(a_0)=\frac{1}{n}\Bigsum_{k=1}^{n}P(a_k).

Montrez que \rm a_1,...,\rm a_n sont les sommets d'un polygônes réguliers de centre \rm a_0.


Bonne réflexion.

Ayoub.

Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 03-04-08 à 11:14

Salut

Ah ouais, pas mal. Je ne connaissais pas ce résultat. En revanche la preuve que j'ai trouvée est un peu bourrine (basée sur les relations de Waring ). Je vais essayer de trouver mieux, là je vais bosser, je tâcherai de poster une solution ce soir.

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 03-04-08 à 18:30

Salut,

Il y a des démos plutôt bourrine en effet mais il y en a (au moins) une par contre...

Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 03-04-08 à 20:07

Notons pour 3$ 1 \leq j <n, 3$ P_j=(X-a_0)^j.

On a 3$ 0=nP_j(a_0)=\bigsum_{k=1}^{n}P_j(a_k)=\bigsum_{k=1}^{n}\delta_k^j avec \delta_k=a_k-a_0.

Posons 3$ Q=\bigprod_{k=1}^{n}(X-\delta_k) ; d'après les formules de Waring (ou celles de Newton, voir par exemple ici: ), on a:

3$ Q=X^n+(-1)^n \bigprod_{k=1}^{n}\delta_k.

Si l'un des 3$ \delta_k n'est pas nul alors aucun des autres n'est nul. Soit 3$ w \not =0 une racine n-ième de 3$ (-1)^{n+1} \bigprod_{k=1}^{n}\delta_k et 3$ \zeta=e^{i\frac{2 \pi}{n}}.

Les racines de Q sont les 3$ \delta_k, 3$ 1\leq k \leq n mais aussi les 3$ w \zeta^k , 3$ 1\leq k \leq n.

Quitte à renuméroter les 3$ \delta_k, on aboutit donc à: 3$\delta_k=w\zeta^k, 3$ 1\leq k \leq n, c'est-à-dire : 3$a_k=a_0+w\zeta^k.

3$ (a_1,\cdots,a_n) est donc l'image du polygone régulier 3$ (1,\zeta,\cdots,\zeta^n) par la similitude z \mapsto a_0+wz.

Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 03-04-08 à 21:33

... l'image du polygone régulier (\zeta,\zeta^2,\cdots, \zeta^n).

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 05-04-08 à 09:56

Je vois pas de problème, bien joué!

Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 05-04-08 à 10:52

Tu ne manqueras pas, j'espère, de poster ta sublime solution ?

Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 05-04-08 à 11:04

Au fait, désolé, j'ai oublié de blanker

Et puis une remarque en passant : j'ai bien l'impression que la réciproque est vraie

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 05-04-08 à 15:56

Oui oui bien sûr, mais je laisse encore un peu de temps au temps.

Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 11-04-08 à 12:45



Ayoub, vas-tu laisser encore beaucoup de temps au temps ?

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 11-04-08 à 14:50

Ce soir, promis!

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 11-04-08 à 19:45

Chose promise, chose due...

Bon, on suppose qu'on a nos n+1 complexes a_0,...,a_n qui forment un zoli polygônes de centre a_0.
Alors pour i différent de 0, on a clairement que (a_0-a_i)^n=cste (indépendante de i je veux dire).
Ainsi (a_0-a_i)^n-cste sont racine d'un certain polynôme. On note P(X)=(X-a_1)...(X-a_n) (si ça c'est pas un poly qui s'annule en les a_i... je change de nom ).
Bref, il nous suffit de prouver que \rm P(X)-P(a_0)=(X-a_0)^n.

On note L_i le polynôme de Legendre associé à a_i. Du fait de la relation qu'on donne on remarque que pour tout i non nul L_i(a_0)=\frac{1}{n}.

Ah oui mais on a aussi: \rm L_i(X)(X-a_i)=\Bigprod_{i}(X-a_i)\frac{1}{\Bigprod_{i\neq j}(X-a_i)}=\frac{P(X)}{P'(a_i)}.

On fait X=a_0(mon dieu, si mon prof voyait ça... j'aurais un mort sur la conscience ) et bing, on trouve que: P'(a_i)(a_i-a_0)+nP(a_0)=0.

Question de se ramener à un polynôme de degré n-1 avec n racines, on remarque que du coup le polynôme \rm P'(X)(X-a_0)+nP(z)+nP(a_0) (*) est de degré n-1 mais avec n racines. Bref, il est nul!

Je craque pour la fin: On multiplie (*) par \rm(X-a_0)^{n-1}, on reconnaît la dérivée d'un produit, on trouve \rm P(z)-P(a_0)=l(z-a_0)^n puis donc l=1.
C'est ce qu'on voulait.


Il y a peut être des erreurs, je me suis pas relu. Merci de signaler le cas échéant.

Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 11-04-08 à 22:14

Heu, Ayoub, il y a un truc qui m'échappe, je ne comprends pas la fin, c'est quoi, z ?

Moi, je terminerais comme ça: si on veut un polynôme de degré n-1, il faut prendre P'(X)(X-a_0)-nP(X)+nP(a_0) mais alors, lorsqu'on le multiplie par  (X-a_0)^{n-1}, on reconnaît plutôt le numérateur de la dérivée de la fraction rationnelle \frac{(X-a_0)^n}{P(X)-P(a_0)}. Celle-ci est donc constante et forcément égale à 1 (jeter un oeil aux coefficients dominants en haut et en bas).

C'est magique, ton truc

Lagrange s'appelle Legendre, ce soir ?

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:18

z, euh je sais pas pourquoi je l'ai mis. Bien sûr, c'est X qu'il faut mettre.

Euh oui aussi pour l'autre, faut mettre un "-" devant le nP(X); désolé pour ces maladresses. Par contre pour moi, la dérivée d'un quotient c'est la dérivée d'un produit... et effectivement on tombe sur la dérivée sur (X-a0)n/(P(X)-P(a0)) et on conclut comme tu l'as dit.

Citation :
Lagrange s'appelle Legendre, ce soir ?

Oups...


Posté par
blang
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:25

C'est vraiment une jolie solution

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:30

Je tiens cependant à signaler que je me suis fait un peu aidé. Disons que tout ce qui concerne Legendre, c'est de moi. Mais pour la fin (la grosse stûce pour multiplier par (X-a_0)^n) on m'a donné un nain dix; j'avoue que j'aurai pas pu le trouver sinon.

Posté par
infophile
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:33

Legendre ?

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:37

Je crois que j'ai un vrai problème avec ces deux-là.

Salut vieux.

Posté par
infophile
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:39

Salut mon vieux

Posté par
1 Schumi 1
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:47

(Alors ces dents? Tu es devenu un sage maintenant!)

Posté par
infophile
re : Exo défi: Polynômes et polygônes. 12-04-08 à 13:51

C'était hier, y'a eu un prob j'étais pas anesthésié correctement donc la première a été arraché à moitié à vif j'ai bien souffert ! Les trois autres ça a été mais j'avais mal la gueule hier soir . Là ça va mieux mais je tourne à la soupe



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