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Niveau Maths sup
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Familles libres et Polynômes

Posté par
Kekeee
22-02-22 à 13:49

Rebonjour,  j'aurais encore besoin d'un coup de pouce pour la dernière question.

Soit n. L'objectif est de montrer que la famille ((X+k)n)0kn de [X] est libre.

On fixe a0,….,an tels que:
\sum_{k=0}^{n}{a_k(X+k)^n}=0

1. Montrer que:
p[|0,n|], \sum_{k=0}^{n}{a_kk^p}=0

2. En utilisant certains polynômes de Lagrange, en déduire que:
a0=…=an=0

Alors pour la question 1, pas de problème avec la formule du binôme et en évaluant ensuite en 0.

Par contre pour la question 2 un peu plus de mal. Je ne vois pas comment exprimer le kp avec des polynômes de lagrange. Peut-être en prenant P(X)=\sum_{i=0}^{n}{kL_i(X)}

Je ne sais pas trop, merci par avance pour votre aide!

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 16:17

Bonjour,

Je ne comprends pas ton allusion à la formule du binôme pour la question 1. Je crains que ça ne cache une erreur. Peux-tu préciser ?

Pour la question 2, on te suggère sans doute d'utiliser le fait que pour chaque k=0,\ldots,n, il existe un polynôme P_k de degré inférieur ou égal à n tel que P_k(k)=1 et P_k(j)=0 pour tout entier j entre 0 et n différent de k, et bien sûr le résultat de la question 1.

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 16:56

Voici ce que j'ai fait pour la question 1:

\sum_{k=0}^{n}{a_k\sum_{p=0}^{n}{\binom{n}{k}k^pX^{n-p}}}=0

Après on évalue en 0 et il ne reste seulement le terme d'indice n de la somme;

\sum_{k=0}^{n}{a_k\binom{n}{n}k^p}=0

Donc on a bien le résultat attendu car n parmis n fait 1..

C'est bon?

Pour la définition des polynômes de Lagrange, je la connais mais je ne vois pas comment m'en servir ici.

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 17:13

Non, ce n'est pas bon : s'il ne reste que le terme avec p=n, d'où vient le p de ta formule ? Tu as juste \sum_{k=0}^n a_k k^n=0

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 17:17

Pour la question 2, une suggestion alternative : montrer que pour tout polynôme P de degré inférieur ou égal à n, on a \sum_{k=0}^n a_kP(k)=0.

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 17:20

Mince! Je ne vois pas comment faire alors pour la question 1.. pas de binôme?

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 18:03

Tu n'as pour le moment ce que tu cherches uniquement pour le degré n.
Tu connais sûrement une opération linéaire sur les polynômes qui fait baisser leur degré.

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 19:56

Une opération qui fait baisser le degré des polynômes?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 19:59

Factoriser?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 19:59

Deriver plutôt non?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 20:01

En derivant n-p fois

Posté par
Fredrck
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 20:04

Bonjour, il est egalement possible pour la première question de déveloper avec le binome de Newton puis d'identifier chaque coefficient du polynome qui vaut 0.

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 20:08

Bonjour Fredrck,
Ça voudrait dire qu'on a forcément une somme de terme tous nuls? Je ne suis pas sûr de comprendre?

Posté par
Fredrck
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 20:12

C'est un polynome qui est nul, tous ses coefficients sont donc nuls

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 20:19

D'accord je vois. Comment le mettre en forme? On n'a pas Xp mais Xn-p ce n'est pas grave?

Posté par
Fredrck
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 20:29

Ça n'a pas d'importance puisqu'il y a kp

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 21:16

Donc on a:

\sum_{k=0}^{n}{a_k\binom{n}{p}k^p}=0

On peut sortir les coefficients binomiaux et dire qu'ils sont tous non nuls, et on a bien le résultat voulu, est ce que c'est bon?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 22-02-22 à 21:39

Ensuite pour les polynômes de Lagrange si je prend:
P(X)=\sum_{i=0}^{n}{i^pL_i(X)}

Non?

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 09:22

Peux-tu préciser ton idée ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 10:34

Pour la question 1 c'est ok GBZM? Il faut bien dériver n-p fois?

Ensuite pour la question 2 je ne sais pas trop je sais juste que les polynômes de Lagrange sont de degrés n-1 et que Li(X) évalué en k est égale à 1 lorsque i=k et 0 sinon. J'essaie d'exprimer la somme de la question 1 à l'aide d'un polynôme de Lagrange comme ça justement mais je ne suis pas sûr

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 10:48

On peut dériver et évaluer en 0. Fredrck t'a proposé autre chose.
À toi de voir et de rédiger proprement.

Tu es sûr que les polynômes d'interpolation sont de degré n-1 ? Combien as-tu de points d'interpolation ici ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 10:55

Oui les polynômes de Lagrange sont bien de degrés n-1 non?
Pour les points d'interpolation je ne sais pas

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 11:24

?

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 13:31

Les polynômes d'interpolation de Lagrange sont de degrés n-1 quand on a n points d'interpolation. Ici, combien en as-tu ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 18:21

Je ne sais pas p peut être

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 18:30

J'aimerais vraiment pouvoir terminer ça ce soir

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 18:32

Là, tu balances n'importe quoi au hasard.

Puisque tu as l'air complètement perdu, je te suggère de réfléchir à ça : en utilisant la question 1, montrer que pour tout polynôme P de degré inférieur ou égal à n, on a \sum_{k=0}^n a_kP(k)=0.

Tu pourras ensuite appliquer ça aux polynômes de Lagrange pour les points d'interpolation qui s'imposent : les n+1 points 0,1,\ldots,n. Comment sont définis ces polynômes de Lagrange, au fait ? Quelles propriétés ont-ils ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 18:49

Je vous ai dit avant que je ne savais pas ce que représentaient les points d'interpolation..

Les polynômes de Lagrange sont définis pour i [|1,n|] par Li=\prod_{1\leq j\leq n}^{}{\frac{X-x_j}{x_i-x_j}} avec j différent de i dans le produit.

Ils sont de degrés n-1 et vérifient:
Li(xi)=1, Li(xk)=0 si ki.


C'est aussi ça que je n'arrive pas à montrer GBZM\sum_{k=0}^{n}{a_kP(k)}=0 je ne comprends pas l'utilité..

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 18:55

Je ne sais pas comment faire pour montrer pour tout polynôme de degrés inférieur ou égal à n. Je pensais à une récurrence mais ça ne marche pas

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:01

Les points d'interpolation sont les réels distincts x_1,\ldots,x_n dans ton histoire.

Mais dans l'histoire de l'exercice il y a n+1 points d'interpolation qui sont 0,1,\ldots,n.
Dans cette histoire, combien y a-t-il de polynômes de Lagrange ? Quel est leur degré ? Quelle propriété vérifient-ils ?

Si tu appliques le résultat \sum_{k=0}^n a_kP(k)=0 que je te suggère de démontrer en prenant pour P un de ces polynômes de Lagrange, qu'est ce que ça donne (en utilisant la propriété que je te demande d'expliciter) ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:09

Ah d'accord je vois pour les points d'interpolations.

Il y a donc autant de polynômes de Lagrange que de points d'interpolation dans l'exercice donc n+1. Ils sont de degrés n. Ils vérifient  Li(k)=0 si ik et 1 sinon.

Je ne sais pas comment démontrer ce résultat.. Je ne peux pas substituer comme je souhaite kp par un polynôme évalué en k dans la question 1.

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:18

Tu as montré que pour tout entier p entre 0 et n on a \sum_{k=0}^n a_kk^p=0.

Est-ce si difficile d'en déduire que pour tout polynôme P de degré inférieur ou égal à n on a \sum_{k=0}^n a_kP(k)=0 ?
Comment s'écrit un tel polynôme P ?
Avec cette écriture, qu'est-ce que P(k) ? Qu'est-ce que \sum_{k=0}^n a_kP(k) ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:26

Un tel polynôme s'écriait Xp? Ça me paraît étrange.

P(k) serait alors égale à kp

Je ne sais pas pour la somme des akP(k)?

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:36

Tu ne sais pas ce qu'est un polynôme de degré inférieur ou égal à n et comment on peut l'écrire? Allons allons !

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:40

C'est un polynôme de Lagrange? Je ne sais pas soyez plus claire svp

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:48

Pff...

\large P=c_0+c_1X+c_2X^2+\cdots +c_nX^n

\large P(k)= \ldots

\large \sum_{k=0}^p a_k P(k) = \ldots

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 19:57

P(k)=c0+c1k+c2k2+…+cnkn

\sum_{k=0}^{p}{a_kP(k)}=\sum_{k=0}^{p}{\sum_{i=0}^{n}{a_kc_ik^i}}


Je ne vois toujours pas le rapport avec la somme de la question 1..

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 20:17

Désolé, c'était bien sûr

\large \sum_{k=0}^n a_kP(k)

que je voulais écrire. Et on a bien

\large \sum_{k=0}^n a_kP(k)=\sum_{k=0}^n\sum_{i=0}^n a_kc_ik^i .

Qu'as-tu démontré dans la première question ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 20:35

On a montré que quelque soit p entre 0 et n;
\sum_{k=0}^{n}{a_kk^p}=0

Donc on a bien:

\sum_{k=0}^{n}{a_kP(k)}=0

Ceci étant vrai en particulier pour les polynômes de Lagrange (car de degrés inférieur ou égaux à n).

Alors:

\sum_{k=0}^{n}{a_kL_i(k)}=0 pour tout i entre 0 et n.

Donc de proche en proche on a:
(pour i=0): a0=0
(pour i=1): a1=0
….
(pour i=n): an=0


Pas sûr sur la dernière parti de l'explication..

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 21:35

L_i(k) = {?}

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 23-02-22 à 21:41

Li(k)=1 si k=i et 0 sinon

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 24-02-22 à 07:24

Et donc que vaut \sum_{k=0}^n a_kL_i(k) ?

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 24-02-22 à 07:54

La somme se réduit à :
ai=0

C'est ça?

Posté par
GBZM
re : Familles libres et Polynômes 24-02-22 à 09:49

À toi de bien recoller les morceaux pour arriver à une argumentation impeccable (qui doit te convaincre toi-même, pour commencer).

Posté par
Kekeee
re : Familles libres et Polynômes 24-02-22 à 09:51

Ça m'a très bien convaincu, j'ai bien su comprendre ce qui me paraissait encore flou. Merci beaucoup GBZM!



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