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Niveau Maths sup
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Racines d'un polynôme

Posté par
Jean1418
25-08-22 à 15:53

Bonjour,
Soit P=X^n - X^{n-1}-...-X-1. Il faut montrer que P admet une unique racine réelle strictement positive.
Je vois bien la somme géométrique mais je n'arrive pas à l'exploiter. Comment faire ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 16:05

Bonjour,
"Il faut montrer que" : Ce n'est pas écrit ainsi dans l'énoncé.
Peux-tu donner l'énoncé depuis le début sans le modifier ?

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 16:26

J'ai du mal à comprendre l'intérêt de ta démarche. L'énoncé est constitué de la même phrase mais sans le "il faut". Bref... peu importe.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 16:30

Il n'est pas précisé que n est un entier supérieur ou égal à 1 ?

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 16:31

Non, mais cela va de soi.

Posté par
carpediem
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 16:40

salut

quand on demande de l'aide il va de soi de donner un énoncé exact et complet sans le modifier !!

P(x) = x^n - \dfrac {x^n - 1} {x - 1} = (x^n - 1) \left(1 - \dfrac 1 {x - 1} \right) + 1 $ pour $ x \ne 1

une étude de variation de P écrit sous ces formes devrait permettre de conclure ... en faisant attention à ce qui se passe autour de 1

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:08

Une autre piste qui fonctionne peut-être :
Utiliser la fonction f définie sur ]0;+[ par f(x) =P(x) / xn-1.
Sinon, g(x) = P(x) / xn ?

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:18

Citation :
quand on demande de l'aide il va de soi de donner un énoncé exact et complet sans le modifier !!

ça tombe bien, c'est ce que j'ai fait.

carpediem, je n'arrive pas à comprendre en quoi cette forme nous permet d'étudier plus facilement les variations de P. Je n'arrive pas à déterminer le signe de P'.

sylvieg, on m'avait suggéré d'utiliser le polynôme réciproque X^nP(\frac{1}{X}). C'est ça ton idée ? Mais pour quoi faire ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:21

Citation :
ça tombe bien, c'est ce que j'ai fait
Non.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:27

Citation :
C'est ça ton idée ? Mais pour quoi faire ?
Ça revient sans doute au même.
Utiliser l'indication qui t'a été donnée revient à s'intéresser à la fonction h définie sur ]0;+[ par h(x) = xnP(1/x).
S'intéresser veut dire retrousser ses manches et l'étudier :
Limites, sens de variation...

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:28

Désolé, mais si. Il manque certes n \in \mathbb{N}^{*}, mais ça n'était pas dans l'énoncé. Quoi qu'il en soit, au vu de la définition de P et de la propriété qu'on cherche à prouver, on comprend bien que n>0.

Posté par
carpediem
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:33

regarder ce que valent P(0), P(1) et P(2)

ensuite il n'y a pas que la dérivée pour déterminer les variations d'une fonction :

la deuxième forme de P (que je donne) dit que P est (strictement) croissante sur [2, +oo[ (comme produit de deux fonctions (strictement) croissantes et positives)

reste à regarder ce qui se passe sur [0, 1[ et ]1, 2]

sur le premier intervalle ça se traite aisément par inégalité en partant de (*) 0 < a < b < 1 ... blablabla

et même il suffit de traiter 0 < a < 1 (car ça reste négatif) mais (*) permet en plus de montrer la décroissance sur cet intervalle ...

ou le traiter comme je le fais sur [2, +oo[ :

x --> x^n - 1 est strictement croissante et négative sue [0, 1[
x --> 1 - 1/(x - 1) est ... ?

le + 1 ne change pas les variations ...

reste alors le cas ]1, 2] ... à voir s'il ne se traite pas de la même façon


effectivement  le "classique" est peut-être (car j'ai oublié) de regarder f(x) = x^n P(1/x)

que vaut f(x) ?

Posté par
carpediem
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:34

reste ensuite à montrer que p est négatif sur R- bien sûr !

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:48

carpediem @ 25-08-2022 à 17:34

reste ensuite à montrer que p est négatif sur R- bien sûr !
C'est faux pour n pair...
C'est pour ça que ce soit disant énoncé m'agace.
Il est trop mal formulé.
Il faut comprendre que sur ]0;+[ le polynôme admet une unique solution.

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:51

Citation :
Il faut comprendre que sur ]0;+[ le polynôme admet une unique solution.


Oui.

carpediem, on a f(x)=1-x-...-x^n=x-x\frac{x^n-1}{x-1} pour x \neq 1. L'étude des racines de ce polynôme me semble difficile.

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:53

"une unique racine réelle strictement positive" a bien le sens dont sylvieg parle.

Posté par
carpediem
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:53

Sylvieg : ha oui !!

donc l'énoncé est incomplet

Posté par
carpediem
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 17:58

Jean1418 : ha oui aussi !!

Jean1418 @ 25-08-2022 à 17:51

f(x) = 1 - x - ... - x^n
alors il est évident que f est strictement décroissante sur [0, +oo[ (comme somme de n fonctions (strictement) décroissantes)

et donc le pb est résolu ...

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 18:13

Ah oui d'accord ! Merci.

Maintenant, pour la suite (que je vais recopier au mot près). Soit z une racine complexe de P. Montrer que |z| \leq x_nx_n est l'unique racine réelle strictement positive de P. Montrer ensuite que x_n est l'unique racine de module maximal de P. Je n'ai pas vraiment de piste. Mes essais n'aboutissent pas

Posté par
GBZM
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 19:34

Bonjour,

On aurait aussi pu étudier la variation sur ]0,+\infty[ de
g : x\mapsto x^{-n}P(x)=1-\dfrac{1}{x}-\cdots-\dfrac{1}{x^{n-1}}-\dfrac1{x^n}

Avec ta fonction f, si z est une racine complexe de P, que peux tu dire du signe (au sens large) de f(1/|z|) ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 25-08-22 à 21:00

Bonsoir GBZM,
Je suis bien d'accord pour la fonction g. Voir mon message de 17h08.
Ça me semble être le plus "pratique".

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 11:38

Bonjour,
Je suis encore bloqué sur la question 2. Une piste ?

Posté par
GBZM
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 13:39

Je t'en ai donné une dans mon dernier message.

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 14:07

Ok, je n'avais pas vu. f(1/|z|) est du signe de P(|z|)

Posté par
lake
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 14:09

Bonjour,

Je ne pense pas que cela ait été écrit mais hormis la racine 1, P a les mêmes racines que Q où :

  Q(x)=(x-1)P(x)=x^{n+1}-2x^n+1

L'étude de Q suivant la parité de n permet d'aboutir.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 15:04

Bonjour lake
Joli ce polynôme Q !

Posté par
GBZM
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 15:18

Si 1-\dfrac1z-\cdots-\dfrac1{z^{n}}=0, que dire du signe de 1-\dfrac1{|z|}-\cdots-\dfrac1{|z|^{n}} ?

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 16:45

Par inégalité triangulaire, 1-\sum_{k=1}^n \frac{1}{|z|^k} \leq 0

Posté par
GBZM
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 17:41

Donc f(1/|z|)\leq0. Tu as tout ce qu'il te faut pour conclure.

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 26-08-22 à 18:21

f(1/x_n)=0 et par décroissance de f, x_n \geq |z|. Il reste à montrer que x_n est l'unique racine de module maximal de P, puis montrer que x_n est racine simple. Je bloque vraiment sur cet exo qui semble pourtant facile...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 27-08-22 à 14:53

Bonjour,
Je me permets une réponse en l'absence de GBZM.
D'abord deux questions :
Qu'est-ce qui fait que l'exo te semble facile ?
Pourquoi vouloir démontrer que xn est racine simple ?
Ceci dit, ça doit pouvoir se faire avec la dérivée seconde du polynôme Q de lake.

Tu as sans doute vu que pour démontrer que xn est l'unique racine de module xn, il suffit de démontrer ceci :
Si P(z) = 0 et |z| = xn alors z = xn.
Une piste éventuelle :
Que sais-tu sur les cas d'égalité dans une inégalité triangulaire ?

Posté par
lake
re : Racines d'un polynôme 27-08-22 à 16:23

Bonjour à tous,

Une minuscule rectification : vu comment la première question est posée, l'étude de Q (variations) n'est nécessaire que sur [0,+\infty[ sans tenir compte de la parité de n
 \\ .
>>Sylvieg, ayant l'esprit fort mal tourné j'ai cru avoir la berlue en enlevant le mot "polynôme" de tes deux derniers messages.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 27-08-22 à 17:29

J'ai mis un moment à comprendre ta remarque lake.
Ce n'est pas moi qui ai choisi de nommer ainsi ton joli ... polynôme

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 28-08-22 à 16:49

Sylvieg, j'ai effectivement réussi en utilisant le cas d'égalité de l'inégalité triangulaire.
Maintenant, je veux montrer que x_n est racine simple car c'est ce qu'on me demande de montrer. Comment procéder ? Je ne vois pas comment faire avec le polynôme Q. J'ai essayé par toutes les caractérisations de la multiplicité.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 28-08-22 à 17:00

Citation :
c'est ce qu'on me demande de montrer
Je n'ai pas lu cette question dans l'énoncé.

Posté par
Jean1418
re : Racines d'un polynôme 28-08-22 à 17:07

Je pensais l'avoir dit, mais non. Il reste à démontrer que x_n est racine simple de P et à étudier la convergence de x_n.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Racines d'un polynôme 28-08-22 à 17:21

Un conseil pour ton prochain sujet :
Tu recopies l'énoncé complet dès ton premier message.
En t'efforçant de ne rien oublier
L'esprit de l'exercice est important.
Avant de commencer à chercher un exercice, il faut le lire jusqu'à la fin.

Pour démontrer que xn est une racine simple, il suffit de démontrer qu'elle n'annule pas le polynôme dérivé.
Dérivée seconde à oublier.

Posté par
jeanseb
re : Racines d'un polynôme 29-08-22 à 22:26

>>Sylvieg, ayant l'esprit fort mal tourné j'ai cru avoir la berlue en enlevant le mot "polynôme" de tes deux derniers messages.

Le côté pince-sans-rire de Lake qui fait du bien...



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