2 STRUCTURE DES POLYNÔMES SYMÉTRIQUES 2
P(X1, ..., Xn), on obtienne le polynôme nul. Alors Pest divisible par Σn=X1...Xn.
Démonstration : Posons P=Pi∈NnaiXi1
1...Xin
n.
Pour tout 1 ≤k≤n, associons l’ensemble Ikdes n-uplets i= (i1, ..., in) de Nntels que ik= 0.
On a l’égalité des polynômes
0 = P(X1, ..., Xk−1,0, Xk+1, ..., Xn) = X
i∈Ik
aiXi1
1...Xik−1
k−1Xik+1
k+1 ...Xin
n
Donc, ∀i∈Ik, ai= 0.
En faisant varier kentre 1 et n, on en déduit que aiest nul pour tout n-uplet idont l’une des
coordonnées est nulle. Autrement dit, ai6= 0 implique i∈(N∗)net donc on peut écrire
P=X
i∈(N∗)n
aiXi1
1...Xin
n=X1...XnX
i∈(N∗)n
Théorème 2
A tout polynôme P∈A[X1, ..., Xn]symétrique, de degré p, on peut associer un polynôme
Q∈A[Y1, ..., Yn]de poids inférieur ou égal ptel que P(X1, ..., Xn) = Q(Σ1, ..., Σn).
Démonstration : Si P= 0, alors Q= 0 fonctionne.
Il s’agit de vérifier une assertion de la forme An,p avec n∈N∗et p∈N. On va pour cela utiliser
une double récurrence.
An,p :∀P∈A[X1, ..., Xn]Sn/deg(P) = p, ∃Q∈A[X1, ..., Xn]/Π(Q)≤p∧P(X1, .., Xn)Q(σ1, ..., σn)
–A1,p est vraie pour tout p: à tout polynôme P(X1), on peut associer Q=P.
– Soit n≥2. On suppose que An−1,p est vraie pour tout p∈N. Montrons par récurrence sur
pque An,p est vraie pour tout p∈N.
–An,0est évidemment vraie.
– Soit p∈N∗. On suppose que An,k est vraie pour tout k < p, et soit P∈A[X1, ..., Xn]Σn
tel que deg(P) = p.
Notons pour 1 ≤g≤n−1, (Σq)0le polynôme obtenu en substituant 0 à Xndans Σq.
On a :
Σq=X
1≤i1<...<in≤n
Xi1...Xiq
Donc,
(Σq)0=X
1≤i1<...<in≤n−1
Xi1...Xiq
Autrement dit, (Σq)0n’est autre que le q-ième polynôme symétrique élémentaire de
A[X1, ..., Xn−1]. Considérons alors P(X1, ..., Xn−1,0). Il est symétrique, de degré au plus
p. En utilisant An−1,p, on peut écrire :
P(X1, ...Xn−1,0) = Q1((Σ1)0, ..., (Σn−1)0)
où Q1∈A[X1, ..., Xn−1] est de poids au plus p.
Posons P1(X1, ..., Xn) = P(X1, ..., Xn)−Q1(Σ1, ..., Σn−1).
Alors, P1est symétrique, de degré au plus p, et par construction P1(X1, ..., Xn−1,0) = 0.
Par ailleurs, puisque P1est symétrique, pour tout 1 ≤k≤n,P1(X1, ..., Xk−1,0, Xk, ..., Xn) =
0. Donc, d’après le lemme, il existe P2∈A[X1, ..., Xn] tel que :
P1(X1, ..., Xn) = ΣnP2(X1, ..., Xn)