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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Matrice/Polynômes

Posté par
princesyb
26-01-22 à 18:41

Bonsoir,j'ai essayé de faire cette exo mais je sais pas si ce que j'ai fait est bon.Esceque vous pouvez me le corriger svp

Énonce

Si P ∈ R3[X], et si α ∈ R, on note P(X +α) le polynôme obtenu en remplaçant X par X + α dans l'expression de P .
Autrement dit, si P = a3X3 + a2X2 + a1X + a0, alors
P(X + α) = a3(X + α)3+ a2 (X + α)2 + a1(X + α) + a0.

Soit f : R3[X] −→ R3[X] l'endomorphisme de R3[X] d ́efini par f(P)=P(X+1)−P(X−1)−2P′′(0)X pourtoutP ∈R3[X].
Ecrire la matrice représentative  de f dans la base B = (1,X,X2,X3). En d ́eduire une base du noyau et de l'image, ainsi qu'un syst`eme d' ́equations de l'image.


Voici ce que j'ai fait :

Cas P(X)=1donc P′′(X)=0

P(X+1)-P(X-1)-2P′′(0)X

=a3(X+1)2+a2(X+1)2+a1(X+1)+a0-a3(X-1)3-a2(X-1)2-a1(X-1)-a0

=a3[(x+1)3-(X-1)3]+a2[(x+1)2-(X-1)2]+a1[(X+1)-(X-1)]
a3(6X2+2)+4a2X
=2a3+4a2X+6a3X2


Cas P(X)=X


Cas P(X)=X2
2a3+(4a2-4)X+6a3X2



Cas P(X)=X3

Donc P'(X)=3X2
P ′′(X)=6X
=2a3+6a3X2-12X2
=2a3+(6a3-12)X2


Donc Mat(1,X,X2,X3)=\begin{pmatrix} 2a_3& 2a_3& 2a_3&2a_3 \\ 4a_2& 4a_2 & 4a_2-4& 0\\ 6a_3& 6a_3& 6a_3& 6a_3-12\\ 0& 0 & 0 & 0 \end{pmatrix}


f(1)=2a31+4a2X+6a3X2+0(X3)

f(X)= 2a31+4a2X+6a3X2+0(X3)


f(X2)= 2a31+(4a2-4)X+6a3X2+0(X3)

f(X3)= 2a31+4a2X+(6a3-12)X2+0(X3)


Déjà esceque jusqu'ici c'est bon?

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 18:43

Désolé j'ai oublié de mettre X2 et X3 en vert

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 18:59

Bonjour,

Je ne comprends pas tes calculs. Si P est le polynôme 1, alors, P(X+1)=P(X-1)=1

Pour le polynôme X, P(X+1)=X+1, etc.

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 19:22

Non c'est pas ça que j'ai fait
Pour le polynôme P(X)=1 j'ai déduit que P''(X)=0 et donc il reste dans mes calculs que P(X+1)-P(X-1)

Et j'ai appliquer la formule P(x+) et developper l'expression

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 19:23

P(X)= X ,P''(X)=0 aussi donc j'ai déduit qu'on trouve la même chose que pour un polynôme qui vaut 1

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 19:29

Citation :
donc il reste dans mes calculs que P(X+1)-P(X-1)


Oui, mais ton polynôme 1, c'est le polynôme

P(X)=1+0\times X+0\times X^2+...+0\times X^n, donc

donc si tu remplaces X par X+1, X-1, ce que tu veux, il est toujours égal à 1.

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 19:46

Je sais ça mais après
Après  n'esce pas il faut utiliser  l'application f défini par
P(X)—-> P(X+1)−P(X−1)−2P′′(0)X

dans mes calculs ?

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 19:49

Un jour j'ai fait en classe un exo où
P(X)——->P'(X)+P(0)X

Ensuite pour déterminer la matrice dans la base canonique de (1,X,X2 )on a calculer que vaut
P(X)=1
P(X)=X
P(X)=X2



Le cas P(X)=1 notre prof a déduit que P'(X)=0 et donc que P'(X)+P(0)X=X


Etc même chose pour les autres


Moi j'ai suivi le même privilège et j'ai appliqué ceci à l'exercice

Posté par
carpediem
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 19:50

salut

soit le polynome P(x) = 2x + b

peux-tu calculer P(x + 1) et P(x - 1) ?

soit le polynome P(x) = ax + b

peux-tu calculer P(x + 1) et P(x - 1) ?

soit le polynome P(x) = 0x + b

peux-tu calculer P(x + 1) et P(x - 1) ?

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 20:03

P(X+1)=2(X+1)+b=2X+2+b
P(X-1)=2(X-1)+b=2X-2+b

P(X+1)=aX+a+b
P(X-1)=aX-a+b

P(X+1)=P(X-1)=b

Posté par
carpediem
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 20:23

alors maintenant comprends-tu ce que te dis larrech  ?

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 20:26

Oui je sais ce qu'il voulait dire  mais pourquoi on a pas utilisé la définition f(P) et p(x+)

Posté par
carpediem
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 20:38

donc tu n'as pas compris ce que dis larrech ... ni même peut-être l'énoncé ...

l'endomorphique f associe à tout polynome P le polynome Q défini par :

f(P)(x) = Q(x) = P(x + 1) + P(x - 1) - 2P"(x)

si P(x) = 1
si P(x) = x
si P(x) = x^2
si P(x) = x^3

alors que vaut Q(x) ?

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 20:53

Juste une petite erreur de votre part c'est
f(P)=P(X+1)−P(X−1)−2P′′(0)X

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 21:01

Pour P(X)=1

Q(X)=1-1-0=2
P(X)=X
Q(X)=X+1-(X-1)-0
Q(X)=0


P(X)=X2[/vert
Q(X)=(X+1)2-(X-1)2-4
Q(X)=X2+2X+1-(X2-2X+1)-4
Q(X)=4X-4=4(X-1)

[vert]P(X)=X3

Q(X)=(X+1)3-(X-1)3-2(6X)
Q(X)=6X2+2-12X
Q(X)= 6X2-12X+2

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 21:03

Si ce sur j'si écris est correct ,pourquoi on a pas utilisé la définition de P(X+) donné dans l'exo

Posté par
lafol Moderateur
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 21:21

Bonsoir
bien sûr que si, tu l'as utilisée ! avec alpha = 1 ou -1 selon les cas, et avec les coeff de tes polynômes ! (0,0,0,1) pour P(X)=1 etc

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 26-01-22 à 21:25

Ah donc j'ai utilisé alpha sans le savoir okkk

Posté par
carpediem
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 08:42

ouais ... erreur d'énoncé pardon ...

si P(x) = x^3 alors :

P"(x) = ... ?
P"(0) = ... ?

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 08:47

P''(X)=6X
P''(0)=0

Ok je vois mon erreur merci

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 08:57

De même

Citation :
Pour P(X)=1

Q(X)=1-1-0=0
P(X)=X
Q(X)=X+1-(X-1)-0
Q(X)=2

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 09:14

Donc dans chaque cas p''(0) vaut 0

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 12:16

J'ai refait les calculs

P(X)=1 on a Q(C)=2
P(X)=X on a Q(X)=2
P(X)=X2 Q(X)=4X
Q(X)=X3 Q(X)=6X2+2

Donc f(1)=2(1)+0(X)+0(X2)+0X3
f(X)=2(1)+0(X)+0(X2)+0(X3)

f(X2)=0(1)+4(X)+0(X2)+0(X3)

f(X3)=2(1)+0(X)+6(X2)+0(X3)


Esce que c'est bon ?

Posté par
carpediem
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 12:20

oui ...

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 12:22

Parfait merci

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 12:45

Je ne vois pas comment tu fais pour trouver que f(1)=2, moi je trouve 0

Posté par
lake
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 13:10

Bonjour,

Il me semble aussi que f(X^2)=0

Posté par
carpediem
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 14:02

bon ben alors c'est pas bon !!!

et si tu travaillais avec méthode et pour chaque polynome faire comme ici : Matrice/Polynômes

Posté par
Panurge
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 18:22

Bonsoir Princesyb,
Il semble que tu n'as pas très bien compris ce qu'est la matrice représentative  de cet endomorphisme f exprimée dans la base  B = (1, X, X^2, X^3)
Cette matrice est constituée des vecteurs colonnes images par f des vecteurs de la base B exprimés dans la base B.
Tu as donc à déterminer  les images par f des vecteurs P(X) = 1, P(X) = X, etc
Pour P(x) = 1 , polynôme constant, P(X) = 1 pour tout X donc P(x+1) = P(x-1) = 1 et P''(X) = 0
Pour, par exemple P(X) = X ^3, que valent P(X+1), P(X-1) , P''(X) ?
Je te   laisse continuer.

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 21:13

P(X)=X3

P(X+1)=(X+1)3=X3+3X2+3X+1

P(X-1)3=x3+3X2(-1)+3X(-1)2+(-1)3

=X3-3X2+3X-1



P''(X)=(3X2)'=6X

P(X+1)-P(X-1)-2P'´(X)(0)
=6X2+2?
?

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 27-01-22 à 21:30

Oui, f(X^3)=6X^2+2

Si tu as refait tous tes calculs , écris la matrice qui représente f dans la base 1, X, X^2, X^3

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 28-01-22 à 06:22

f(1)=0
f(X)=2

lake @ 27-01-2022 à 13:10

Bonjour,

Il me semble aussi que f(X^2)=0

f(X2) comment on trouve 0,moi je trouve 4X a chaque fois

P(X+1)=(X+1)2=X2+2X+1
P(X-1)=(X-1)2=X2-2X+1
P ‘'(X)=0


P(X+1)-P(X-1)-2P'´(0)(X)=X2+2X+1-X2+2X-1=2X+2X=4X

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 28-01-22 à 08:17

Citation :
f(X2) comment on trouve 0,moi je trouve 4X a chaque fois

P(X+1)=(X+1)2=X2+2X+1
P(X-1)=(X-1)2=X2-2X+1
P ‘'(X)=2


P(X+1)-P(X-1)-2P'´(0)(X)=X2+2X+1-X2+2X-1-4X=2X+2X-4X=0

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 28-01-22 à 08:25

Ah ok je vois l'erreur moi je pensais que p'´(X)=0 à chaque fois merci

f(1)=0
f(x)=2
f(x2)=0
f(x3)=6x2+2

\begin{pmatrix} 0 & 2 & 0& 2\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0&6 \\ 0& 0 & 0& 0 \end{pmatrix}

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 28-01-22 à 09:41

Oui. Et maintenant calcule f(P) quand

P(x)= a+bx+cx^2+dx^3

enfin, du moins si le coeur t'en dit

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 28-01-22 à 19:58

Merci

f(1)=(a+b+c+d)-(a+b+c+d)=0
f(x)=[a+b(x+1)+c(x+1)2+d(x+1)3)-[a+b(x-1)+c(x-1)2+d(x-1)3)-2(2cx)

= 2(b+2cx+3dx2+d)-4cx
=2b+4cx+6dx2-4cx+2d
=(2b+2d)+6d2


f(x2)=a+b(x+1)2+c(x+1)4+d(x+1)6-[a+b(x-1)2+c(x-1)4+d(x-1)6-2(2x)
= (4b+8c+12d-4)x+(8c+40d)x3+12dx5




f(x3)=a+b(x+1)3+c(x+1)6+d(x+1)9-[a+b(x-1)3+c(x-1)6+d(x-1)9-0=
=(2b+2d)+12cx+72dx3+40cx3+…(dépasse degré 3)



Esce que c'est comme ça ?

Posté par
lake
re : Matrice/Polynômes 28-01-22 à 20:17

Bonsoir,

En l'absence de larrech:

Tu viens de déterminer la matrice A représentative de f dans la base (1,x,x^2,x^3)

La matrice représentative de P dans cette base (avec P(x)=a+bx+cx^2+dx^3) est :

   \begin{pmatrix}a\\b\\c\\d\end{pmatrix}

Comment calculer f(P) ?

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 29-01-22 à 10:00

Bonjour à tous,

@princesyb Si j'ai posé la question c'est parce que je me doutais que les choses n'étaient pas très claires pour toi dans  cet exercice. Manifestement, je ne m'étais pas trompé.

0n considère l'espace vectoriel des polynômes de degré inférieur ou égal à 3, disons, pour fixer les idées, sur le corps des réels, soit \mathbb R_3[X]), et non l'ensemble des fonctions polynômes de même de degré.

Cet espace est muni d'une base canonique, (1, X, X^2, X^3) et tout polynôme de l'ensemble s'exprime comme combinaison linéaire de ceux-là.

En particulier 1 est ici un polynôme et non une valeur donnée à une variable. On pourrait le noter X^0, mais pour simplifier l'écriture (et aussi il est vrai par analogie avec l'aspect "fonction") on le note  1.
Puis on définit l'endomorphisme  f.

Si P(X)=a+bX+cX^2+dX^3, alors f(P(X))= af(1)+bf(X)+cf(X^2)+df(X^3)
et on a déjà calculé les transformés par f des vecteurs 1, X; X^2, X^3.

On en aussi  déduit la matrice qui représente f dans la base canonique, et je voulais que tu l' utilises pour calculer  f(P) comme l'a indiqué lake

Posté par
lafol Moderateur
re : Matrice/Polynômes 29-01-22 à 21:43

bonsoir

princesyb @ 28-01-2022 à 08:25



f(1)=0
f(x)=2
f(x2)=0
f(x3)=6x2+2


princesyb @ 28-01-2022 à 19:58

Merci

f(1)=(a+b+c+d)-(a+b+c+d)=0
f(x)=...
=(2b+2d)+6d2

f(x2)=...
= (4b+8c+12d-4)x+(8c+40d)x3+12dx5

f(x3)=...
=(2b+2d)+12cx+72dx3+40cx3+?(dépasse degré 3)

Esce que c?est comme ça ?


malou edit > ***propos qui n'ont pas leur place sur notre site ***propos supprimés***suspension du rôle de modérateur pour 1 mois ***

Posté par
lake
re : Matrice/Polynômes 29-01-22 à 22:34

Bonsoir,

Je n'approuve pas tes commentaires en totale contradiction avec la "bienveillance" prônée par le site : ** L'ESPRIT ÎLIEN NE DOIT PAS S'ÉTEINDRE ET NE S'ÉTEINDRA PAS *

Un commentaire de mon cru qui me vaudra peut-être la cabane : tu vieillis mal.

Posté par
malou Webmaster
re : Matrice/Polynômes 30-01-22 à 09:56

Bonjour à tous,
Effectivement...lafol, de tels propos n'ont rien à faire chez nous. Il est urgent de le comprendre.

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 30-01-22 à 16:55

Ok merci je pense maintenant avoir compris
f(P(X))=a(0)+2b+c(0)+d(6X2+2)
f(P(X))=(2b+2d)+0(X)+6d(X2)+0(X3)

Donc la matrice P dans la base (1,X,X2,X3)est:
\begin{pmatrix} 2b+2d & 0& 0&0 \\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0 & 6d&0 \\ 0 & 0& 0& 0 \end{pmatrix}



L'exercice il restait 2questions
1)Déterminer une base du noyau

(w,x,y,z)Ker(f) alors 2y+2w=0
6w=0

Donc:
\begin{pmatrix}w \\ x \\ y \\ z \end{pmatrix}=x\begin{pmatrix}0 \\ 1 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}+z\begin{pmatrix}0 \\ 0 \\ 0 \\ 1 \end{pmatrix}


Calculer une base de l'image
y et w sont les variables liés  donc les colonnes 1 et 3 forment une base de Im(f) à savoir \begin{pmatrix}0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}
et \begin{pmatrix}0 \\ 0 \\ 0 \\ 0 \end{pmatrix}

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 30-01-22 à 18:04

Tu fais une encore une confusion. Il faut que tu décantes tout ça calmement, à tête reposée.

La matrice qui représente f dans la base (1, X, X^2, X^3) est celle que tu avais écrite le 28 à 8h25, soit M=\begin{pmatrix} 0 & 2 & 0& 2\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0&6 \\ 0& 0 & 0& 0 \end{pmatrix}

Quant à la matrice qui représente f(P) dans la même base, c'est la matrice colonne \begin{pmatrix} 2b+2d\\ 0 \\ 6d \\ 0 \end{pmatrix}

On l'obtient soit comme tu avais commencé , soit en effectuant le produit \begin{pmatrix} 0 & 2 & 0& 2\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0&6 \\ 0& 0 & 0& 0 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} a\\ b \\ c \\ d \end{pmatrix}

Le polynôme f(P) lui-même  s'identifie à \begin{pmatrix} 1 & X & X^2 & X^3 \end{pmatrix}\begin{pmatrix} 2b+2d\\0 \\ 6d \\ 0 \end{pmatrix}=\begin{pmatrix} 2b+2d+6dX^2 \end{pmatrix}


En ce qui concerne le noyau et l'image, il faut que tu caractérises les polynômes P qui les constituent.

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 30-01-22 à 18:38

Je me doutais aussi que c'etait une matrice a une colonne
Merci je comprends mieux

En fait le noyau et l'image que j'ai déterminé c'etait pour la matrice représentative de f dans la base (1,X,X2,X3)

Esce que mes calculs précédents étaient bon ?

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 30-01-22 à 19:31

On voit ce que tu as voulu faire, mais c'est  mal présenté.

Je ne vois pas l'utilité de changer les notations (à moins qu'elles ne te soient imposées par l'énoncé).

1/ Noyau . C'est l'ensemble des polynômes P, tels que f(P)=0, donc tels que b=d=0. Ils sont par conséquent de la forme \alpha X+\beta X^3. C'est un sous ensemble de dimension 2, dont une base est (X , X^3)

2/Image, les vecteurs f(X) et f(X^3) (2ème et 3ème colonne de la matrice M) sont indépendants et constituent une base de Im(f) qui est également de dimension 2, comme on pouvait s'y attendre.
Nota : une autre base est évidemment (1, X^2)

Tu as indiqué 2 vecteurs nuls pour cette base , faute de frappe je suppose.

Posté par
princesyb
re : Matrice/Polynômes 30-01-22 à 20:02

Ok je vois
Ah oui une erreur je voulais dire la colonne 2 et 4 forment une base de Im(f) a savoir la colonne associé à f(X) et f(X3)

Merci infiniment à tous pour votre aide

Posté par
larrech
re : Matrice/Polynômes 31-01-22 à 12:51



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