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C. Ferry, MP * 1, lyc´ee Thiers, math´ematiques POLYN ˆ
OMES DE TCHEBYCHEV
Le code ayant permis de g´en´erer ¸ca:
1#!/usr/bin/env python2
2# encoding: UTF-8
3from operator import mul
4from fractions import Fraction
5import matplotlib.pyplot as libplot
6import numpy as np
7
8t = np.arange(-1.0, 1.0, 0.0001)
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10 # Combinaison bin^omiale (existe peut ^etre d´ej`a en python...)
11 def nCk(n,k):
12 return int(reduce(mul, (Fraction(n-i, i+1) for iin range(k)), 1) )
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14 # Polyn^ome de Tchebychev d´efini de mani`ere explicite (pas de relation de r´ecurrence)
15 def tchebychev(n, x):
16 return np.sum([ (nCk(n, 2*k) * x ** (n - 2*k) * (x**2 - 1) ** k) for kin range(0,(n/2)+1) ])
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18 # Fonction de dessin
19 def drawTchebychev(n):
20 T = [tchebychev(n,i) for iin t]
21 libplot.plot(t,T, "-", color=’black’)
22 libplot.title(u’$T_n$ pour $n=’+str(n)+’$’, fontsize=20)
23 libplot.grid(True)
24 libplot.show()
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26 # Les polyn^omes aux rangs 6, 7
27 drawTchebychev(6)
28 drawTchebychev(7)
Un petit exercice de topologie classique, pour introduire la topologie sur les polynˆomes (et ceux de Tcheby-
chev en particulier):
Exercice 1. Soit Eun EVNade dimension finie, de corps de base K,Fun ferm´e non vide de E. Soit
´egalement a∈E.
Alors il existe b∈Ftel que ka−bk= d (a, F ) (autrement dit, la distance est atteinte).
aespace vectoriel norm´e; on notera la norme introduite k k, et la distance associ´ee d (x, y)
Preuve. Soit b0∈F,r=kb0−ak,K=B(a, r)∩F.
Kest compact (l’intersection d’un compact et d’un ferm´e, reste ferm´ee, et est born´ee; or, un ferm´e born´e
dans un compact est compact). Ainsi, l’application ϕ:K→K, x 7→ ka−xkatteint un minimum en un point
b1(non n´ecessairement unique!). Prenons un tel b1: alors ∀x∈K, ka−xk>ka−b1k.
De plus, pour tout x∈F\K,ka−xk>r=ka−b0k>ka−b1kcar b0∈K.
Ainsi, pout tout x∈F,ka−xk>ka−b1k: on a trouv´e le brecherch´e, c’est b1.
Proposition 3. Soit n∈N∗. Soit E=Rn[X],F=Rn−1[X](ferm´e dans E, non vide).
Posons a=Xn, et posons la norme qui suit sur E:kPk= sup
x∈[−1;1] |P(x)|.
Il existe P∈Ftel que ka−Pk= d (a, F )d’apr`es l’exercice qui pr´ec`ede. Montrons-en davantage! Par
exemple, que d (a, F ) = 1
2n−1.
Preuve. Nous noterons Tn= 2n−1(Xn−Qn) avec Qn∈Rn−1[X] = Fd’apr`es les petites propri´et´es vues
(cf. le coefficient dominant).
Soit Q∈F.
Raisonnons par l’absurde: supposons que kXn−Qk6kXn−Qnksoit
2n−1(Xn−Q)
6kTnk= 1
(en effet sup
[−1;1] |Tn|= 1, voyez les graphes plus haut et la propri´et´e fondamentale v´erifi´ee sur [−1; 1] par les Tj
pour tout j...). Nommons Pn= 2n−1(Xn−Q).
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